眾所周知，氫原子雖然僅有一個質子和一個電子，卻在諸多化學和生物過程中扮演重要角色。氫原子的位置決定了多晶材料的許多特性，譬如，氫鍵使藥物具有水溶性，石油化工產業中廣泛應用的固體酸催化劑性質直接決定于氫離子的位置。
在XRD中，原子的散射能力和原子序數成正比，由于氫原子中電子數太少，因此，在晶體XRD表征中，氫原子的位置往往是通過其相鄰的重原子的位置來估算，而不能直接檢測到，尤其是在多晶材料和普通的粉末衍射XRD技術中。
圖1. “看見”氫原子
早在1994年，科學家就開創了歲差電子衍射技術（precession electron diffraction, PED）來減少動態散射的影響。又經過十年的發展，PED才在電子顯微鏡上正式商業化。在PED技術中，電子束遠離主光軸傾斜并圍繞其進行工作。只要對一小部分反射產生激發，就能大量減少動態散射。PED技術結合晶體旋轉技術相結合，解決了大量晶體結構解析問題。
電子衍射技術雖然從動力學上能滿足晶體結構的解析，但是難以滿足確定原子結構的定位問題。而且，精修算法中引入動態衍射理論僅限于取向的2D衍射圖案。
圖2. PED技術示意圖
R.Vincent, P. A.Midgley, Ultramicroscopy 1994, 53, 271.
有鑒于此，Palatinus等人報道了一種直接在亞微米到納米尺度的晶體中定位氫原子的3D電子衍射技術。
研究人員利用三維電子衍射（3D ED）數據和結構精修算法，并綜合考慮到復雜的動態散射效應影響，實現了對電子束敏感的有機材料（C8H9NO2）和部分無序的無機材料（Co122Al2P4O20H11.56）的精細結構確定，尤其是實現了對氫原子的位置的確定。利用這種技術所得到的完整、具體的晶體結構，可以和一百萬倍大的晶體的XRD數據媲美。
圖3. PEDT技術原理
“看見”氫原子的這項工作表明，晶體中其他原子的精確排列也可以直接“看見”。而且，利用電子衍射技術得到的亞微米和納米尺寸晶體的結構信息質量也得到提高，超更大的晶體的XRD數據邁進了一大步，多晶材料的結構解析精確度得到了質的提升！
圖4. C8H9NO2藥物結構解析
圖5. Co122Al2P4O20H11.56無機材料結構解析
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L. Palatinus et al. Hydrogen positions in single nanocrystals revealed by electron diffraction. Science 2017, 355, 166-169.
