Chemical crystallography by serial femtosecond X-ray diffraction

衍射 材料科学 飞秒 结晶学 微晶 粉末衍射 X射线晶体学 单晶 晶体结构 电子衍射 从头算 晶体学点群 光学 激光器 化学 物理 有机化学
作者
Elyse A. Schriber,Daniel W. Paley,Robert Bolotovsky,Daniel Rosenberg,Raymond G. Sierra,Andrew Aquila,Derek Mendez,Frédéric Poitevin,Johannes Blaschke,Asmit Bhowmick,Ryan P. Kelly,Mark S. Hunter,Brandon Hayes,Derek Popple,Matthew Yeung,Carina Pareja‐Rivera,Stella Lisova,Kensuke Tono,Michihiro Sugahara,Shigeki Owada,Tevye Kuykendall,Kaiyuan Yao,P. James Schuck,Diego Solis‐Ibarra,Nicholas K. Sauter,Aaron S. Brewster,J. Nathan Hohman
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:601 (7893): 360-365 被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04218-3
摘要

Inorganic-organic hybrid materials represent a large share of newly reported structures, owing to their simple synthetic routes and customizable properties1. This proliferation has led to a characterization bottleneck: many hybrid materials are obligate microcrystals with low symmetry and severe radiation sensitivity, interfering with the standard techniques of single-crystal X-ray diffraction2,3 and electron microdiffraction4-11. Here we demonstrate small-molecule serial femtosecond X-ray crystallography (smSFX) for the determination of material crystal structures from microcrystals. We subjected microcrystalline suspensions to X-ray free-electron laser radiation12,13 and obtained thousands of randomly oriented diffraction patterns. We determined unit cells by aggregating spot-finding results into high-resolution powder diffractograms. After indexing the sparse serial patterns by a graph theory approach14, the resulting datasets can be solved and refined using standard tools for single-crystal diffraction data15-17. We describe the ab initio structure solutions of mithrene (AgSePh)18-20, thiorene (AgSPh) and tethrene (AgTePh), of which the latter two were previously unknown structures. In thiorene, we identify a geometric change in the silver-silver bonding network that is linked to its divergent optoelectronic properties20. We demonstrate that smSFX can be applied as a general technique for structure determination of beam-sensitive microcrystalline materials at near-ambient temperature and pressure.
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