Dünyanın en küçük test tüplerini kullanarak atomik kümelerin özel hayatına yönelmek

Anonim

Nottingham Üniversitesi'nde Nano Ölçekli ve Mikro Ölçekli Araştırma Merkezi'ndeki (nmRC) uzmanlar, atomik kümelenmelerin özel hayatına ilk zirveyi attılar.

Halihazırda bir moleküler kimyasal reaksiyonu 'filme' almada başarılı olmuş - bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) elektron ışını kullanarak bir durdurma-çerçeve görüntüleme aracı olarak şimdi onlar tarafından desteklenen atomik-ölçekli dinamikleri ve kimyasal dönüşümler zaman çözümlü görüntüleme elde etmişlerdir. metal nanoclusters. Bu sayede, 14 farklı metali hem karbonla hem de katalitik aktiviteleriyle, Periyodik Elemanlar Tablosunda önemli farklılıklar göstererek sıralamaktaydı.

Son çalışmaları, 'Orta ve geç geçiş metal nanokatalysts için atomik ölçek dinamikleri karşılaştırması', Nature Communications'da yayınlandı. Nanomateryaller Profesörü ve nmRC Direktörü Andrei Khlobystov şunları söyledi: “Mikroskopi ve spektroskopide son zamanlardaki gelişmeler sayesinde artık moleküllerin ve atomların davranışları hakkında çok şey biliyoruz, ancak metalik atomik ölçekli kümelerin yapısı ve dinamikleri. elementler bir gizem olarak kalır. Gerçek zamanlı olarak görüntüleme yoluyla doğrudan ortaya çıkan karmaşık atomik dinamikler, nanokatalystlerin atomik çalışmalarına ışık tutar. "

Küresel GSYİH'ya katkı

Metal nanokolüsyonların atomik-ölçekli dinamikleri, katalitik aktivite gibi kimyasal ve kimyasal özelliklerini, kimyasal tepkime hızını artırma yeteneklerini belirler. Birçok önemli endüstriyel süreç şu anda su arıtma gibi nanokatalysts dayanmaktadır; yakıt hücresi teknolojileri; enerji depolama; ve biyo-dizel üretimi.

Profesör Khlobystov şunları söyledi: “Küresel GSYİH'ye önemli ölçüde katkıda bulunan katalitik kimyasal reaksiyonlar ile atom seviyesinde nano-parçacıkların dinamik davranışlarını anlamak önemli ve acil bir görevdir. Ancak, nano-katalizörlerin homojen olmayan yapılarının kombine mücadelesi, örneğin; boyutlar, şekiller, kristal fazlar - aynı malzemenin içinde ve son derece dinamik doğada bir arada - nanokarterler geniş bir yapıya maruz kalırlar ve bazı durumlarda, kataliz sırasında kimyasal dönüşümler, davranışlarının atomist mekanizmalarının açıklanmasını neredeyse imkansızlaştırır. ”

Tek moleküllü dinamiklerden atomik kümelere

Profesör Khlobystov, tek moleküllü dinamiklerin görüntülenmesi için transmisyon elektron mikroskopisinde (TEM) elektron ışınının (E-ışını) etkisinden yararlanan Anglo-Alman işbirliğine öncülük etti. E-ışını eş zamanlı olarak bir görüntüleme aracı olarak ve kimyasal reaksiyonları tahrik etmek için bir enerji kaynağı olarak kullanarak, moleküllerin reaksiyonlarını filme almayı başardılar. Araştırma, geçtiğimiz yıl bir nanobilim ve nanoteknoloji dergisi olan ACS Nano'da yayınlandı ve geniş kamu yararı potansiyeli nedeniyle ACS Editörün Seçimi olarak seçildi.

Laboratuar şişeleri veya test tüpleri yerine, dünyanın en küçük test tüplerini (tek cidarlı karbon nanotüpler), 2005'ten beri Guinness Rekoru rekoru kıran 1-2 nm'lik iç çapa sahip atomik olarak ince karbon silindirlerini kullanırlar.

Bir nano test tüpünde bir Periyodik Tablo

Profesör Khlobystov şunları söyledi: "Bu karbon nanotüpleri, her biri sadece birkaç düzine atomdan oluşan küçük kimyasal element kümelerini örneklemek için kullanıyoruz. Nano testinde Periyodik Tabloda etkili bir şekilde oluşturduğumuz bir dizi ilgili metalik elementin nanoclusterlerini yakalayarak Periyodik Tablo boyunca geçiş metallerinin kimyası ile küresel bir karşılaştırmaya izin veren tüp, bu her zaman son derece zorlayıcı olmuştur çünkü çoğu metal nanoclusters havaya karşı oldukça hassastır.Nano test tüpü ve TEM birleşimi sadece dinamiklerin izlenmesini sağlamamıza izin verir. Metal nanoclusters ama aynı zamanda karbonla bağları, Periyodik Tablodaki metalin konumuyla net bir bağlantı gösterir. "

Deneysel Fizik Profesörü ve Ulm Üniversitesi'nde Malzeme Bilimi Elektron Mikroskobu Grubunun Lideri Ute Kaiser şunları söyledi: "Alkali-düzeltmeli transmisyon elektron mikroskobu ve metal nanoclusters ile doldurulmuş nanotüpler gibi düşük boyutlu materyaller, Birbirinden farklı olarak, analitik ve teorik kimyadaki gelişmelerin elektron mikroskobundaki en son gelişmelerle etkili bir kombinasyonunu sağladıkları için, bu çalışmada nanokatazis gibi atom ölçeğinde yeni bir fenomenin anlaşılmasına neden oldular. "

Eşi görülmemiş bir çözünürlükte nanoclusters izlemek

Kecheng Cao, Ph.D. Bu çalışmada görüntü analizini gerçekleştiren Ulm Üniversitesi'nde öğrenci şunları söyledi: “Mikroskopta atomlara baktığımda, daha önce benzeri görülmemiş bir çözünürlük sağlayan yeni geliştirilen SALVE III mikroskobunda nanoclusters için keşfettiğimiz görünmez detayları görmek için nefes almayı kestiriyorum ".

Nottingham Üniversitesi'nde Teorik ve Hesaplamalı Kimya Profesörü Elena Besley şunları söyledi: “Metallerin en küçük yapı taşlarına ulaşan bu çalışma, karbon nano test tüplerine giren metal nanokartların organometalik kimya eğitimi için evrensel bir platform sağladığını ve doğrudan Farklı geçiş metallerinin bağlanma ve reaktivitesinin karşılaştırılması ve ayrıca nanokatalystler için yapı-performans ilişkisinin açığa çıkarılması - yeni reaksiyon mekanizmalarının keşfi ve geleceğin daha verimli katalizörleri için hayati öneme sahip olan bu çalışma, küresel bir perspektifin ilk niteliksel bir görünümünü sunmaktadır. metal-karbon yapıştırma. "

Bu çalışma, Ulm-Nottingham işbirliği tarafından yayınlanan moleküller ve nanomateryaller için elektron mikroskobu konusunda 20'den fazla yüksek kalitatif ortak makalenin son serisidir.

menu
menu