Aatomiklastrite eraelu vaadates - kasutades maailma väikseid katseklaase

Anonim

Nottinghami ülikooli nanoosakaalu ja mikroskoobi uurimiskeskuse (nmRC) eksperdid on võtnud esimese tipptaseme aatomiklastrite eraelu.

Olles juba õnnestunud molekulidevaheliste keemiliste reaktsioonide filtreerimiseks, kasutades transmissioon-elektronmikroskoobi (TEM) elektronkiire stoppkaadri kujutamise tööriista abil, on nad nüüd saavutanud aatommassi dünaamika ja keemiliste muundumiste ajast lahutatud pildistamise metallist nanoklastrid. See on võimaldanud neil jagada 14 erinevat metalli nii süsiniku sidumise järjekorras kui ka nende katalüütilise aktiivsusega, mis näitab perioodiliste elementide tabelist olulist erinevust.

Nende uusim töö, "Keskmise ja hilinenud siirdemetalli nanokatalüsaatorite aatomimasside dünaamika võrdlus", on avaldatud Nature Communications'is. Nanomaterjalide professor Andrei Khlobystov ja NmRC direktor ütles: "Tänu mikroskoopia ja spektroskoopia hiljutistele edusammudele teame nüüd palju molekulide ja aatomite käitumist. Kuid metallilise aatomimasti klastrite struktuur ja dünaamika elemendid jäävad salapäraseks. Kompleksne aatomi dünaamika, mida otseselt pildistamine reaalajas näitas, valgustab nanokatalüsaatorite atomistikat. "

Panus ülemaailmsesse SKPsse

Metalli nanoosakeste aatommassi dünaamika määrab nende funktsionaalsed ja keemilised omadused, nagu katalüütiline aktiivsus - nende võime suurendada keemilise reaktsiooni kiirust. Paljud peamised tööstuslikud protsessid põhinevad praegu nanokatalüsaatoritel, nagu näiteks vee puhastamine; kütuseelemendi tehnoloogiad; energia salvestamine; ja biodiisli tootmine.

Professor Khlobystov ütles: "Katalüütiliste keemiliste reaktsioonidega, mis aitavad oluliselt kaasa ülemaailmsele SKP-le, on nanoklasterite dünaamiline käitumine aatomi tasemel tähtis ja kiireloomuline ülesanne. Kuid nano-katalüsaatorite ebaühtlase struktuuri kombineeritud väljakutse, näiteks jaotus suuruse, kuju, kristallifaase, mis ühes materjalis koos eksisteerivad ja nende dünaamilised looduslikud nanoklasterid läbivad katalüüsi ajal ulatuslikke struktuurseid ja mõnel juhul ka keemilisi muutusi, muudab nende käitumise aatommistruktuuri selgitamise peaaegu võimatuks. "

Alates üksikmolekulaarsest dünaamikast aatomiklastritesse

Professor Khlobystov juhtis Anglo-Saksa koostööd, mis kasutas elektronmultuure (e-tala) mõju transmissioon-elektronmikroskoopias (TEM) ühe molekulide dünaamika pildistamiseks. Kasutades e-kaarti üheaegselt pilditöötlusvahendina ja keemiliste reaktsioonide juhtimiseks energiaallikana, õnnestus neil molekulide reaktsioonide filtreerimisel õnnestuda. Uurimustöö avaldati eelmisel aastal ACS Nano, nn teaduse ja nanotehnoloogia peaminister ajakirjas ja valiti välja ACS Editor's Choice tänu avalikkuse huvidele.

Laboratoorsete kolbide või katseklaaside asemel kasutavad nad maailma kõige väiksemaid katseklaase - ühekordse seinaga süsinikust nanotorusid - aatomiteliselt õhukesed süsiniku silindrid siseläbimõõduga 1-2 nm, mis on alates 2005. aastast Guinnessi maailmarekordi pidanud.

Perioodiline tabel nano-katseklaasis

Professor Khlobystov ütles: "Me kasutame neid süsinik-nanotorude näiteid väikeste keemiliste elementide klastritega, millest igaüks koosneb ainult paarist kümnetest aatomitest. Niinimetatud mitmesuguste metalliliste elementide nanoosakeste abil, mis on loodud nano-katses perioodiliselt mis võimaldab üleminekmetallide keemia ülemaailmset võrdlemist perioodilise tabeliga. See on alati olnud väga keeruline, kuna enamus metallist nanoklustest on õhus väga tundlikud. Nano-katseklaasi ja TEM-i kombinatsioon võimaldab meil jälgida mitte ainult dünaamikat metallist nanoklustest, aga ka nende sidumine süsinikuga, millel on selge seos metalli positsiooniga perioodilises tabelis. "

Ulmi Ülikooli materjaliteaduste meeskonna elektronkromatograafia grupi eksperimentaalfüüsika professor Ute Kaiser ütles: "Aberratsiooniga korrigeeritud transmissioon-elektronmikroskoopia ja madalmõõtmelised materjalid, näiteks nanokustritega täidetud nanotorud, sobivad ideaalselt sest nad võimaldavad analüütilise ja teoreetilise keemia edusammude tõhusat kombinatsiooni elektroonilise mikroskoobi uusimate arengutega, mis toob kaasa uue arusaamise aatomiumi ulatuses toimuvatest nähtustest, näiteks nanokatalüüsi selles töös. "

Nanoosakeste vaatamine enneolematu resolutsiooniga

Kecheng Cao, Ph.D. Ulmi ülikooli üliõpilane, kes selles uuringus pildi analüüsis tegi, ütles: "Kui vaatan mikroskoobi kaudu läbi aatomeid, siis mõnikord lõpetan hingamise, et näha nähtamatuid detaile, mida me avastame nanoklassidele meie hiljuti välja töötatud SALVE III mikroskoobis, andes enneolematu lahenduse "

Nottinghami ülikooli teoreetilise ja arvutusliku keemia professor Elena Besley ütles: "Uuring näitas, et metallide väikseimate ehitusplokkide sisenemine näitas, et süsinik nano-katseklaasidesse sisestatud metallikonstruktsioonid pakuvad universaalset platvormi metallorgaanilise keemia uurimiseks ja võimaldavad otsest erinevate siirdemetallide sidumise ja reaktiivsuse võrdlemine ning nano-katalüsaatorite struktuuri ja toimivuse suhte selgitamine, mis on oluline uute reaktsioonimehhanismide avastamiseks ja tulevaste tõhusamate katalüsaatorite avastamiseks. See uuring pakub esialgu globaalse perspektiivi kvalitatiivset pilguheidet metallist ja süsinikust sidumisest. "

See uuring on viimane Ulm-Nottinghami koostöös avaldatud enam kui 20 kõrgekvaliteedilise ühisaruande seeria teemal elektronmikroskoopia kohta molekulide ja nanomaterjalide jaoks.

menu
menu