单晶X射线衍射(SCXRD)，是化学和材料科学的基础表征技术，已发表的有机和金属有机结构的论文超过100万篇。SCXRD经常遇到的挑战，包括晶体生长困难、对大气不稳定、溶剂损失和辐射敏感性。粉末衍射和电子微衍射是确定微晶物质结构的方法，但每一种方法都可能受到上述挑战组合的限制。

无机-有机杂化材料，由于其简单的合成路线和可定制的性能，在最新报道的结构中占有很大的份额。这种扩散导致了表征的瓶颈：许多杂化材料是固有微晶体，具有低对称性和严重的辐射敏感性，从而干扰了单晶X射线衍射和电子微衍射的标准技术。

近日，美国康涅狄格大学J. Nathan Hohman和劳伦斯伯克利国家实验室的Nicholas K. Sauter、Aaron S. Brewster等人组成的联合研究团队展示了小分子连续飞秒X射线晶体学(smSFX)，可从微晶体中确定材料晶体结构。相关论文以题为“Chemical crystallography by serial femtosecond X-ray diffraction”发表于Nature杂志（DOI: 10.1038/s41586-021-04218-3）。

本文smSFX方法及三个研究对象的形貌。图片来源：Nature

在该工作中，研究者用X射线自由电子激光(XFEL)小分子连续飞秒晶体学，测定了三种材料的室温(298 K)晶体结构。研究者将微晶悬浮液，置于X射线自由电子激光辐射下，获得了数千个随机取向的衍射图案。研究者通过将点状发现的结果，聚合成高分辨率的粉末衍射图来确定单胞。通过图论方法对稀疏序列模式进行索引后，得到的数据集可以使用单晶衍射数据的标准工具进行求解和拟合。研究者首先用已知的mithrene(AgSeC₆H₅)结构验证了该方法，然后给出了之前未知的同源衍生物thiorene(AgSC₆H₅)和tethrene(AgTeC₆H₅)的结构。在thiorene中，研究者发现了银-银键合网络的几何变化，这与它的发散光电性质有关。

虽然这三种体系中的Ag-E配位相似，但研究者发现，与其他两种体系中的三角平面Ag-Ag网络相比，硫代烯中Ag-Ag的线性相互作用基序为其缺乏光发射提供了线索。他们认为，smSFX是一种对微晶、低对称、辐射敏感材料进行结构表征的通用方法。

（摘编自 顶刊收割机公众号）