A single-molecule van der Waals compass

范德瓦尔斯力 分子间力 化学物理 分子 物理 纳米技术 原子单位 范德瓦尔斯曲面 范德瓦尔斯半径 化学 材料科学 量子力学 有机化学
作者
Boyuan Shen,Xiao Chen,Huiqiu Wang,Hao Xiong,Eric Bosch,Ivan Lazić,Dali Cai,Weizhong Qian,Shifeng Jin,Xin Liu,Yu Han,Fei Wei
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:592 (7855): 541-544 被引量:133
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03429-y
摘要

Single-molecule imaging is challenging but highly beneficial for investigating intermolecular interactions at the molecular level1–6. Van der Waals interactions at the sub-nanometre scale strongly influence various molecular behaviours under confinement conditions7–11. Inspired by the traditional compass12, here we use a para-xylene molecule as a rotating pointer to detect the host–guest van der Waals interactions in the straight channel of the MFI-type zeolite framework. We use integrated differential phase contrast scanning transmission electron microscopy13–15 to achieve real-space imaging of a single para-xylene molecule in each channel. A good correlation between the orientation of the single-molecule pointer and the atomic structure of the channel is established by combining the results of calculations and imaging studies. The orientations of para-xylene help us to identify changes in the van der Waals interactions, which are related to the channel geometry in both spatial and temporal dimensions. This work not only provides a visible and sensitive means to investigate host–guest van der Waals interactions in porous materials at the molecular level, but also encourages the further study of other single-molecule behaviours using electron microscopy techniques. The orientation of a rotating para-xylene molecule in the nanochannel of a zeolite framework can be visualised by electron microscopy to determine the host–guest van der Waals interaction inside the channel.
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