近日，由物质学院教授马延航、章跃标和亚洲太阳sungameKenneth D. M. Harris组成的国际合作研究团队，率先提出了三维电子衍射结构解析的新方法，成功实现了分辨率仅为3.78 Å的共价有机框架结构精确解析。该成果在国际知名化学杂志《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上在线发表，题为Direct-Space Structure Determination of Covalent Organic Frameworks from 3D Electron Diffraction Data。
图1. 相关论文在《德国应用化学》在线发表
共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）是由有机构筑单元通过共价键链接形成的二维或三维多孔晶体，具有孔道规整、稳定性高及功能可调等特点，可以实现分子尺度精准调控以及对客体分子的动态响应，具有广阔的应用前景。然而，这类材料结晶困难、骨架具有柔性以及存在结构缺陷等原因，导致难以获得高分辨的衍射数据，其原子级分辨率结构解析是该领域长期以来的重大挑战。此前，章跃标团队和马延航团队合作发展了冷冻电子衍射技术，首次实现了客体依赖动态响应的COF原子级结构解析（T. Sun,# L. Wei,# Y. Chen, Y. Ma* and Y.-B. Zhang*, et al. JACS 2019, 141, 10962），并对基于三维电子衍射方法测定COF晶体结构的研究进展作了系统阐述（T. Sun, L. Wei, Y. Ma*, Y. Zhang*. Chin. J. Chem., 2020, 38, 1153，J&K冠名综述，封面论文）。
图2. COF三维电子衍射结构测定综述封面。
采用低剂量、快速冷冻和高角度数据收集等策略实现亚微米的、动态的、纯有机的多孔晶体原子级结构测定
在该项工作中，物质学院国际合作研究团队基于直接空间结构解析法，借助遗传算法解析不同分辨率的COF三维电子衍射数据，实现了目前COF电子衍射最低分辨率（仅为3.78 Å）的结构精确解析。这一方法学突破为COF材料普遍存在的难以结晶、电子束敏感和动态结构变化等原子级结构测定的难题提供了一种可靠的结构解析新路径。
马延航课题组2017级硕博连读研究生孙凸和Kenneth D. M. Harris课题组博士后Colan E. Hughes为该论文共同第一作者，马延航课题组2019级研究生郭林硕和章跃标课题组博士后魏蕾为共同作者，马延航、章跃标和Kenneth D. M. Harris为共同通讯作者，上科大为第一完成单位。该工作得到了物质学院教授、电镜中心主任Osamu Terasaki和多位工程师的大力支持，得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目和面上项目的资助。
图3. 基于遗传算法的COF晶体三维电子衍射结构解析新策略
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009922
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cjoc.202000120