Poskusite v zasebno življenje atomskih grozdov - z uporabo najmanjših epruvet na svetu

The Choice is Ours (2016) Official Full Version (Junij 2019).

Anonim

Strokovnjaki v raziskovalnem središču Nanoscale in mikroskale (nmRC) na Univerzi v Nottinghamu so dosegli prvi vrhunec v zasebnem življenju atomskih grozdov.

Po uspešnem »snemanju« medmolekularnih kemijskih reakcij - s pomočjo elektronskega žarka transmisijskega elektronskega mikroskopa (TEM) kot slikarskega orodja za ustavitev slike so zdaj dosegli časovno ločeno slikanje dinamike atomskega obsega in kemičnih transformacij, ki jih spodbujajo kovinski nanoklasti. To jim je omogočilo, da razvrstijo 14 različnih kovin, tako glede na njihovo vezanje z ogljikom kot tudi njihovo katalitično aktivnost, ki kažejo znatne razlike med periodično tabelo elementov.

Njihovo najnovejše delo, "Primerjava dinamike atomskega obsega za nanokatalizatorje srednjih in poznih prehodnih kovin", je bilo objavljeno v Nature Communications. Andrei Khlobystov, profesor nanomaterialov in direktor nmRC, je dejal: "Zahvaljujoč nedavnim napredkom v mikroskopiji in spektroskopiji sedaj veliko vemo o obnašanju molekul in atomov. Vendar pa struktura in dinamika atomskih razponov kovinskih elementi ostajajo skrivnost. Kompleksna atomska dinamika, ki se neposredno razkriva v slikanju v realnem času, razkriva svetlobno atomsko delovanje nanokatalizatorjev. "

Prispevek k svetovnemu BDP

Atomska dinamika kovinskih nanoklasti določa njihove funkcionalne in kemične lastnosti, kot je katalitska aktivnost, njihova sposobnost povečanja hitrosti kemične reakcije. Številni ključni industrijski procesi se trenutno zanašajo na nanokatalizatorje, kot je čiščenje vode; tehnologije gorivnih celic; shranjevanje energije; in proizvodnja biodizla.

Profesor Khlobystov je dejal: "S katalitičnimi kemičnimi reakcijami, ki znatno prispevajo k svetovnemu BDP, je razumevanje dinamičnega obnašanja nanoklustrov na atomski ravni pomembna in nujna naloga. Vendar kombiniran izziv neenotnih struktur nanokatalizatorjev, na primer distribucije velikosti, oblik, kristalnih faz, ki soobstajajo v istem materialu, in njihovi zelo dinamični naravni nanoklasti so podvrženi obsežnim strukturnim in v nekaterih primerih kemičnih transformacijah med katalizo, kar razkrije atomistične mehanizme njihovega obnašanja praktično nemogoče. "

Od enomolekularne dinamike do atomskih grozdov

Profesor Khlobystov je vodil anglijsko-nemško sodelovanje, ki je izkoristilo vpliv elektronskega žarka (e-žarka) v transmisijsko elektronsko mikroskopijo (TEM) za slikanje enomolekularne dinamike. Z uporabo elektronskega žarka istočasno kot orodje za slikanje in vir energije za vožnjo kemičnih reakcij so uspeli snemati reakcije molekul. Raziskava je bila objavljena lani v ACS Nano, vodilni nanoznanosti in nanotehnološki reviji, izbrana pa je bila kot izbira urednika ACS zaradi njegovih možnosti za širok javni interes.

Namesto laboratorijskih steklenic ali epruvet, uporabljajo najcenejše epruvete na svetu - enokomni ogljikove nanocevke - atomsko tanke cilindre ogljika z notranjimi premeri 1-2 nm, ki so od leta 2005 vodili svetovni rekord v Guinnessu.

Periodična tabela v nano epruveti

Profesor Khlobystov je dejal: »Te ogljikove nanocevke uporabljamo za vzorčenje drobnih grozdov kemičnih elementov, od katerih je vsaka sestavljena iz nekaj desetin atomov. Z nanosom nanoclustrov v vrsto s tem povezanih kovinskih elementov smo dejansko ustvarili v Periodični tabeli v nano testu cevi, ki omogočajo globalno primerjavo kemije prehodnih kovin po Periodični tabeli. To je bilo vedno izredno zahtevno, saj je večina kovinskih nanoklasti zelo občutljiva na zrak. Kombinacija nano epruvete in TEM omogoča gledanje ne samo dinamike kovinski nanoklasti, ampak tudi njihovo vezanje z ogljikom, ki kažejo jasno povezavo s položajem kovine v Periodični tabeli. "

Ute Kaiser, profesor eksperimentalne fizike in vodja skupine elektronske mikroskopije znanosti o materialih na univerzi Ulm, je dejal: "Prenosna elektronska mikroskopija z nizkimi dimenzijami, kot so nanocevke, napolnjene s kovinskimi nanoklasti, je idealna primerjava za drug drugemu, ker omogočajo učinkovito kombinacijo napredka v analitični in teoretični kemiji z najnovejšimi razvoji elektronske mikroskopije, kar vodi do novega razumevanja pojavov v atomskem obsegu, kot je nanokataliza v tem delu. "

Gledanje nanoclustrov v rešitvi brez primere

Kecheng Cao, Ph.D. študent na univerzi Ulm, ki je v tej študiji izvedel slikovno analizo, je dejal: "Ko z mikroskopom iščem atome, včasih preneham dihati, da vidim nevidne podatke, ki jih odkrivamo za nanoklasti na našem novem razvitem mikroskopu SALVE III, ki zagotavlja brez primere resolucijo ".

Elena Besley, profesor teoretične in računalniške kemije na Univerzi v Nottinghamu je rekla: "Približevanje notranjosti najmanjših kovinskih gradnikov je pokazalo, da kovinski nanoklasti, ujeti v epruvete za ogljikove nanotehnologije, zagotavljajo univerzalno platformo za preučevanje organokovinske kemije in omogočajo neposredno primerjava vezave in reaktivnosti različnih prehodnih kovin ter pojasnitev razmerja med strukturo in zmogljivostjo nanokatalizatorjev, ki je ključnega pomena za odkrivanje novih reakcijskih mehanizmov in učinkovitejših katalizatorjev prihodnosti. Ta študija zagotavlja prvi kvalitativni pogled na globalno perspektivo vezave kovin in ogljika. "

Ta študija je najnovejša v seriji več kot 20 visokokvalitetnih dokumentov o temi elektronske mikroskopije za molekule in nanomateriale, ki jih je objavil sodelovanje v Ulmu-Nottinghamu.

menu
menu