Американские исследователи создали новую методику, которая позволяет описать кристаллическую структуру любого вещества. Используя рентгеновскую серийную фемтосекундную кристаллографию малых молекул и специально разработанный математический аппарат, авторы смогли описать атомную структуру халькогенатов — сложных химических соединений, которые можно использовать в качестве катализаторов, полупроводников, смазок и пигментов. Статья опубликована в журнале Nature.
Чтобы в полной мере исследовать химическое вещество, ученый должен узнать его атомную структуру. Иногда это легко, например если вещество состоит из атомов одного вида, расположенных в простой структуре. Однако условия не всегда такие простые. Рентгеновская кристаллография — стандартный способ определения атомной структуры сложных материалов. Рентгеновские лучи преломляются в промежутках между атомами, и по картине дифракции можно вычислить их размеры и расстояния между атомами. Эту информацию можно использовать для создания материалов, выполняющих определенные функции.
Исследователи из Коннектикутского университета изучают металлорганические халькогенолаты, состоящие из металлов, органических полимеров и элементов 16-го столбца таблицы Менделеева. Некоторые из них представляют собой ярко окрашенные пигменты; другие меняют свои электрические свойства при взаимодействие со светом. Из халькогенолатов изготавливают твердые смазочные материалы, которые не сгорают при высоких температурах. Кроме того, они могут стать новыми химическими катализаторами и полупроводниками. Однако эти вещества крайне трудно кристаллизовать. Ученым удается получить только порошки, содержащие большое количество примесей.
Теперь авторы разработали новый математический аппарат, позволяющий определить структуру таких сложных материалов. В экспериментах они смешивали кристаллы халькогенолата с водой и эмульгировали моющим средством, а после выстреливали в них быстрыми вспышками рентгеновского лазера. Сочетание этого метода, называемого серийной фемтосекундной кристаллографией малых молекул, и математических расчетов позволило описать кристаллические структуры.
«Существует огромное количество захватывающих физических и химических явлений, происходящих в сверхбыстрых временных масштабах, и этот метод может помочь нам понять, как эти динамические явления влияют на структуру микрокристаллических материалов, в некотором смысле заполняя пробелы между знаниями о структуре материала и его функции», — рассказывает Элиз Шрайбер из Коннектикутского университета.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
