随着合成化学的发展，溶液中合成的大分子尺寸和复杂性不断增加，对精确结构表征技术提出更大的挑战。单晶X射线衍射（SC-XRD）是目前确定溶液合成分子绝对构型和原子精确空间位置的主流表征方法。然而，随着分子复杂性的增加和共轭平面的扩展，需要引入三维的助溶基团以提高溶解度，因此增加了晶体生长和结构测定的难度。扫描隧道显微镜（STM）为单分子水平的分子成像提供了一个强大的平台；同时，扫描隧道谱（STS）具有可视化电子态和轨道空间分布的能力。然而，STM对样品的洁净度和分子的平面化要求苛刻。大分子结构通常难以热升华，常规的溶液滴涂法因杂质过多无法实现目标分子的高精度表征。因此，发展针对大分子STM表征的样品制备技术对结构和性质解析至关重要。

近日，中国科学院上海有机化学研究所李霄鹏、王涛研究员团队与深圳大学陈智助理教授合作，在J. Am. Chem. Soc.上发表了题为“Resolving Solution-Synthesized Graphyne-Graphdiyne Macromolecules at the Angstrom Level”的论文。该论文通过模块化策略合成了一系列离散的石墨炔-石墨二炔杂化的同轴大环分子。作者采用电喷雾电离与扫描隧道显微镜结合（ESI-STM）技术，实现了溶液合成大分子的高纯度、高效真空沉积。并发展了单分子针尖操纵及溴辅助热处理的方法，脱除了溶液合成过程中引入的三维助溶烷氧基链/烷基链，从而促进分子平面化，实现了该系列共价同轴大环分子的化学键分辨结构成像以及埃级分辨前线分子轨道可视化。该方法解决了长期以来溶液合成的溶解度要求和高分辨率STM表征的分子平面化要求之间的矛盾，将溶液合成复杂大分子的成像分辨率推进到埃级水平（图1）。

图1. ESI-STM技术示意图及化学键分辨结构成像和前线分子轨道成像。

相关成果以“Resolving Solution-Synthesized Graphyne-Graphdiyne Macromolecules at the Angstrom Level”为题，发表于J. Am. Chem. Soc. 2026, DOI: 10.1021/jacs.5c22800)。苏峰博士为文章第一作者，上海有机所李霄鹏研究员、王涛研究员和深圳大学陈智助理教授为通讯作者。该工作得到了中国科学院先导项目和国家自然科学基金等相关项目的支持。

上海有机化学研究所分子尺度表征（http://www.ms-labs.cn/）中心李霄鹏研究员团队长期致力于大分子、超分子等复杂结构的STM可视化成像以及超高真空表面合成与表征功能化碳基纳米结构（Nat. Chem.2020, 12, 468; J. Am. Chem. Soc.2020, 142, 9809; J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 1224; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 16559; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 22651; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 3131；CCS Chem. 2025, 7, 2381）。此外，团队还与上海光源等单位密切合作，承担了中国科学院B类先导专项项目，拟搭建全球首套“制备级质谱−扫描隧道显微镜−同步辐射X射线−针尖增强拉曼光谱”耦合的单原子谱学表征系统。

中心常年招收STM、制备质谱、同步辐射X射线谱学等领域的博士生和博士后，设备先进，待遇从优，有意者请联系王涛老师（Email: taowang@sioc.ac.cn）。