α-D-葡萄糖/β-D-果糖/蔗糖/麦芽糖晶体结构-光电特性的多尺度研究：实验与DFT计算的协同解析

这篇研究通过X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等实验手段，结合密度泛函理论(DFT)计算，系统揭示了蜂蜜主要糖类（α-D-葡萄糖/β-D-果糖/D-蔗糖/α-麦芽糖）的晶体结构特征与光电性能关联。研究发现二糖比单糖具有更高的热稳定性，实验测得2.0-3.2 eV的光学带隙与DFT/GGA+TS计算的5.4-5.9 eV存在差异，揭示了5-羟甲基糠醛(HMF)降解产物的干扰机制，为糖基材料在食品科学和光电应用提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究通过实验与理论计算相结合，揭示了蜂蜜中四种典型糖晶体的"结构-性能"关系。

INTRODUCTION

蜂蜜作为蜜蜂采集花蜜形成的天然产物，富含葡萄糖、果糖等单糖及蔗糖、麦芽糖等二糖。这些糖分子通过氢键网络形成特定晶体结构，其光电特性对蜂蜜结晶行为和质量控制至关重要。

Structural characterization by X-ray crystallography

XRD精修结果显示：α-D-葡萄糖和β-D-果糖晶体属于正交晶系（空间群P2₁2₁2₁），而二糖晶体呈现单斜晶系特征。α-D-葡萄糖晶胞参数为a=4.962 ?, b=10.333 ?, c=14.802 ?，β=90.000°，通过Rietveld精修获得的结构数据与文献高度吻合。

CONCLUSIONS

综合实验与DFT计算表明：二糖晶体因分子间氢键网络更复杂而表现出优于单糖的热稳定性；实验测得2.0-3.2 eV的光学带隙显著小于理论值（5.4-5.9 eV），这种差异既源于DFT/GGA+TS方法未考虑激子效应，也因实验样品中存在HMF等降解产物；介电函数计算揭示了糖苷键取向与氢键网络对光电各向异性的调控机制。