羟基喹啉氢键的可视化

扫描隧道显微镜(STM)能够在单分子水平上呈现出表面固定物种的分子结构和化学特异性，自组装中分子之间的相互作用也在扫描隧道氢显微技术中得到证实。然而，到目前为止，大多数表征技术对分子的共价结构更敏感，并且在许多情况下，分子间相互作用的理论计算也不如共价结合物种的精确。

非接触原子力显微镜(NC-AFM)在真实空间中获得了卓越的分辨率，这使得NC-AFM能够识别单个分子的化学结构、吸附构型和化学转化。研究人员使用原子力显微镜研究了在液氦温度和室温下，在铜(111)上形成的8-羟基喹啉(8-hq)中的分子间相互作用并用高分辨率原子力显微镜图像表征了8-hq分子间形成的氢键(氢键)，在原子精度确定了局部键构型。研究人员还观察到由脱氢的8-hq和铜原子组成的配合物，并且用从头算（ab initio）密度泛函理论（DFT）计算验证了观察结果（Figure 1，B）。

8-hq分子聚集体的原子力显微镜图像解释了分子间的次级相互作用，如图，对次级相互作用的位置和方向的验证与表征说明，它们与8-hq分子之间形成的氢键的预期位置非常一致：

Figure3 A,B,C,D：AFM实验结果 E,F,G,H：DFT计算结果

在室温下，高流动性的8-hq基团与表面上的铜原子配位形成有机金属配合物。研究人员提出的二聚体和三聚体的化学结构分别显示在Figure4 C和D中，其中脱氢的8-hq通过氧(氮)-铜键组装。这些计算化学得到的8-hq配合物的几何与AFM观察结果非常一致。