材料的三維（3D）原子排列決定了它們的物理和催化特性。由于表面懸空鍵、缺陷和位錯(cuò)的優(yōu)勢(shì)以及有限尺寸所固有的量子效應(yīng)，納米晶體的3D結(jié)構(gòu)通常會(huì)偏離其整體對(duì)應(yīng)物的周期性原子排列。這樣的偏差在直徑小于4nm的小納米晶體中更加明顯。這些獨(dú)特的物理特性使納米晶體成為非均相催化劑具有吸引力。合成的納米晶群體趨于具有異質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐獙?duì)單個(gè)納米晶體的水平進(jìn)行統(tǒng)一控制非常困難。**的膠體合成中使用的有機(jī)配體和溶劑會(huì)協(xié)調(diào)表面原子，并進(jìn)一步影響納米晶體的晶體和電子結(jié)構(gòu)。因此，要了解它們獨(dú)特的性質(zhì)，需要從溶液相直接在單個(gè)納米晶體的水平上**和可重復(fù)地測(cè)定單個(gè)原子的位置，而大多數(shù)催化和化學(xué)反應(yīng)都發(fā)生在溶液相中�？梢酝ㄟ^電子斷層掃描確定納米晶體的3D原子結(jié)構(gòu)，從而從傾斜的透射電子顯微鏡（TEM）圖像序列重建結(jié)構(gòu)。然而，該方法依賴于在真空下和襯底下的圖像采集，這會(huì)導(dǎo)致納米晶體的結(jié)構(gòu)變形。此外，由于缺少投影方向，空間分辨率在3D空間中經(jīng)常不均勻。作為替代方法，基于冷凍TEM的單粒子重建也不適合研究異質(zhì)納米晶群體，因?yàn)樵摲治鲆蕾囉趶拇罅考僭O(shè)具有相同結(jié)構(gòu)的不同粒子收集的2D圖像。之前曾引入3D SINGLE作為解決溶液中納米晶體3D結(jié)構(gòu)的直接方法，但獲得的分辨率僅足以確定3D的整體形態(tài)和對(duì)如何分析此類信息以提取關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素仍然受到限制。

今日，在韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)、首爾國(guó)立大學(xué)Jungwon Park，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Peter Ercius和澳大利亞莫納什大學(xué)Hans Elmlund團(tuán)隊(duì)（共同通訊作者）帶領(lǐng)下，與韓國(guó)延世大學(xué)、韓國(guó)建國(guó)大學(xué)、美國(guó)加州大學(xué)和美國(guó)卡夫利納米科學(xué)研究所合作，開發(fā)了一種“布朗單粒子重建”方法（原子分辨率3D SINGLE），并將其應(yīng)用于分析溶液中單個(gè)Pt納米晶體的3D原子排列。高分辨率3D密度圖顯示了來(lái)自同一合成批次和擬合原子模型的8個(gè)單獨(dú)的Pt納米晶的fcc結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，包括單晶度、畸變和位錯(cuò)。3D原子位置的**分配（±19 pm）允許直接研究晶格膨脹、內(nèi)部缺陷、表面和位錯(cuò)平面附近的應(yīng)變及其對(duì)自由能的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，在基于SINGLE方法的實(shí)際溶液中得到的結(jié)構(gòu)信息可以為未來(lái)改進(jìn)合成和理解當(dāng)前材料的性能提供重要的新指導(dǎo)。相關(guān)成果以題為“Critical differences in 3D atomic structure of individual ligand-protected nanocrystals in solution”發(fā)表在了Science。