מציץ לתוך החיים הפרטיים של אשכולות אטומיים - באמצעות צינורות הבדיקה הזעירים ביותר בעולם

ד"ר מוחמד אלנבארי - יזמות בחינוך מאתגר להזדמנות (יוני 2019).

Anonim

מומחים במרכז המחקר ננומטרי ומיקרוסקל (nmRC) באוניברסיטת נוטינגהם לקחו שיא ראשון לתוך החיים הפרטיים של אשכולות אטומיים.

לאחר שכבר הצלחנו "לצלם" תגובות מולקולריות כימיות - באמצעות קרן האלקטרונים של מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) ככלי הדמיה של מסגרת עצירה, הם השיגו כעת הדמיה מוחלטת בזמן של דינמיקה בקנה מידה אטומי ושינויים כימיים המקודמים על ידי מתכת nanoclusters. זה איפשר להם לדרג 14 מתכות שונות הן לפי הסדר שלהם מליטה עם פחמן פעילות קטליטית שלהם, מראה וריאציה משמעותית על פני הטבלה המחזורית של אלמנטים.

העבודה האחרונה שלהם, "השוואה של הדינמיקה בקנה מידה אטומי עבור הביניים nanocatalysts המעבר באמצע המנוח", פורסמה ב תקשורת טבע. אנדריי חלוביסטוב, פרופסור לננו-חומרים ומנהל nmRC, אמר: "הודות להתפתחויות האחרונות במיקרוסקופיה ובספקטרוסקופיה, אנו יודעים כיום רבות על התנהגותן של מולקולות ואטומים, אך המבנה והדינמיקה של אשכולות מתכתיים אטומיים האלמנטים נשארים מסתורין, הדינאמיקה האטומית המורכבת שנחשפה ישירות על ידי הדמיה בזמן אמת שופכת אור על פעילות אטומית של ננו-קטליסטיות ".

תרומה לתוצר העולמי

הדינאמיקה בקנה מידה אטומי של nanoclusters מתכת לקבוע התכונות הפונקציונליות שלהם כימיים כגון פעילות קטליטי, היכולת שלהם להגדיל את שיעור התגובה הכימית. תהליכים תעשייתיים רבים כיום מסתמכים על nanocatalysts כגון טיהור מים; טכנולוגיות תא דלק; אחסון אנרגיה; וביו-דיזל.

פרופ 'Khlobystov אמר: "עם תגובות כימיות קטליטי תרומה משמעותית לתוצר העולמי, הבנה של התנהגות דינמית של nanoclusters ברמה האטומית היא משימה חשובה ודחופה, אולם האתגר המשולב של מבנים לא אחידים של nanocatalysts, למשל, הפצה של גודלים, צורות, שלבי גביש - המתקיימים יחד בתוך אותו חומר, וננו-כוכביים דינמיים מאוד שלהם עוברים שינויים מבניים רבים, ובמקרים מסוימים, שינויים כימיים במהלך קטליזה - גורמים להבהרה של המנגנונים האטומיים של ההתנהגות שלהם כמעט בלתי אפשריים ".

מ דינמיקה מולקולה בודדת כדי אשכולות אטומיים

פרופ 'חלוביסטוב הוביל את שיתוף הפעולה האנגלו-גרמני שרתם את ההשפעה של קרן האלקטרונים (e-beam) במיקרוסקופ האלקטרונים ההולך (TEM) לדימות דינמי של מולקולה אחת. על ידי העסקת e-beam בו זמנית ככלי הדמיה ומקור אנרגיה לתגובות כימיות הם הצליחו לצלם תגובות של מולקולות. המחקר פורסם בשנה שעברה ב- ACS Nano, מדענית דגל וננו-טכנולוגיה, ונבחר כבחירת עורך ACS בשל הפוטנציאל שלו לאינטרס ציבורי רחב.

במקום צלוחיות מעבדה או מבחנות, הם מעסיקים את צינורות הבדיקה הזעירים ביותר בעולם - צינורות פחמן בודדים מוקפים חומה - צילינדרים דקים אטומיים של פחמן עם קוטר פנימי של 1-2 ננומטר, אשר החזיקו בשיא גינס העולמי מאז 2005.

טבלה מחזורית במבחנה ננו

פרופ 'חלוביסטוב אמר: "אנו משתמשים בננו-צינורות פחמן אלה כדי לדגום אשכולות זעירים של יסודות כימיים, שכל אחד מהם מורכב מעשרות אטומים ספורים בלבד.על ידי החדרת הננו-קלוסטררים של סדרה של אלמנטים מתכתיים קשורים, יצרנו באופן יעיל בטבלה מחזורית במבחן ננו צינור, המאפשר השוואה גלובלית של הכימיה של מתכות המעבר על פני הטבלה המחזורית.זה תמיד היה מאתגר מאוד כי רוב nanoclusters מתכת רגישים מאוד לאוויר.שילוב של צינור הבדיקה ננו ו TEM מאפשר לנו לצפות לא רק את הדינמיקה של nanoclusters מתכת אלא גם מליטה שלהם פחמן להראות קשר ברור עם המיקום של המתכת בטבלה המחזורית. "

Ute Kaiser, פרופסור בפיסיקה ניסויית ומנהיג קבוצת מיקרוסקופיית האלקטרונים של מדע החומרים באוניברסיטת אולם, אמר: "מיקרוסקופיה אלקטרונית של תיקון אברציה וחומרים ממדי נמוך, כגון צינורות מלאות בננו-מתכות, מהווים התאמה אידיאלית עבור זה לזה משום שהם מאפשרים שילוב יעיל של ההתקדמות בכימיה אנליטית ותיאורטית עם ההתפתחויות האחרונות במיקרוסקופ אלקטרונים, מה שמוביל להבנה חדשה של תופעות בקנה מידה אטומי, כגון nanocatalysis בעבודה זו. "

צפייה nanoclusters ברזולוציה חסרת תקדים

Kecheng קאו, Ph.D. סטודנט באוניברסיטת אולם, שביצע ניתוח תמונות במחקר זה אמר: "כשאני מסתכל על אטומים דרך המיקרוסקופ, לפעמים אני מפסיק לנשום לראות את הפרטים הבלתי נראים שאנו מגלים עבור nanoclusters על מיקרוסקופ החדש שלנו SALVE III מתן פתרון חסר תקדים ".

אלנה בסלי, פרופ 'לכימיה תיאורטית וחישובית באוניברסיטת נוטינגהאם, אמרה כי "בהישג יד בתוך אבני הבניין הקטנות ביותר של מתכות, מחקר זה הראה כי ננו-מתכות שנצמדו במבחנות פחמן נאנו לספק פלטפורמה אוניברסלית לחקר כימיה אורגנו-כימית ולאפשר כימיה ישירה השוואה של מליטה תגובתיות של מתכות שונות המעבר כמו גם הבהרה של מבנה יחסי ביצועים עבור nanocatalysts חיוניים לגילוי של מנגנוני תגובה חדשה זרזים יעיל יותר של העתיד.מחקר זה מספק הצצה איכותית הראשון של פרספקטיבה גלובלית של מליטה פחמן מליטה. "

מחקר זה הוא האחרון בסדרה של יותר מ 20 קליפים גבוהה קלינית גבוהה בנושא של מיקרוסקופ אלקטרונים עבור מולקולות וננו שפורסמו על ידי שיתוף פעולה Ulm-Nottingham.

menu
menu