Žiūrėkite į atominių klasterių privatų gyvenimą - naudodami mažiausius pasaulyje mėgintuvėlius

Anonim

Netiesioginio universiteto Nanoskalaus ir mikroscale tyrimo centro (nmRC) ekspertai pirmą kartą pasiekė privatų atominių klasterių gyvenimą.

Jau pavyko "filmuoti" tarpmolekulines chemines reakcijas - naudojant elektronų spinduliuotės transmisijos elektroninį mikroskopą (TEM) kaip stenogramos vaizdo gavimo įrankį, jie jau pasiekė laiko atpažįstamą atominės masto dinamikos vaizdą ir cheminių transformacijų, kurias skatina metalo nanoklasteriai. Tai leido jiems suskirstyti 14 skirtingų metalų tiek jų sujungimo su anglimi ir jų katalizinio aktyvumo tvarka, rodantys reikšmingus svyravimus periodinėje lentelėje elementų.

Jų naujausias darbas "Atominio masto dinamikos palyginimas vidutinio ir vėlyvojo pereinamųjų metalų nanokatalizatorių" buvo paskelbtas " Nature Communications". "Nanomedžiagų profesorius ir" NmRC "direktorius Andrejus Khlobystovas sakė:" Dėl nesenų mikroskopijos ir spektroskopijos pažangos dabar daug žinome apie molekulių ir atomų elgesį. Tačiau metalinių akustinių elementų klasterių struktūra ir dinamika elementai išlieka paslaptimi. Kompleksinė atominė dinamika, tiesiogiai atskleidžianti vaizdus realiuoju laiku, atneša šviesą nanodalitatorių atomizacijoms. "

Įnašas į pasaulinį BVP

Metalinių nanoklasterių atominės masto dinamika nustato jų funkcines ir chemines savybes, tokias kaip katalizinis aktyvumas - jų gebėjimas padidinti cheminės reakcijos greitį. Daugelis pagrindinių pramoninių procesų šiuo metu priklauso nuo nanokatalizatorių, tokių kaip vandens valymas; kuro elementų technologijos; energijos saugojimas; ir biodyzelino gamyba.

Profesorius Chlobystovas sakė: "Kadangi katalizinės cheminės reakcijos iš esmės prisideda prie pasaulinio BVP, suprasti dinaminį nanoklasterių elgesį atominiame lygmenyje yra svarbus ir neatidėliotinas uždavinys. Vis dėlto bendras iššūkis, susijęs su nenuosekliomis nanokatalizatorių struktūromis, pavyzdžiui, paskirstymu dydžių, formų, kristalų fazių, kurios kartu yra tos pačios medžiagos ir jų labai dinamiškos savybės, nanoklasteriai, atliekant katalizę, išgyvena didelius struktūrinius ir tam tikrais atvejais cheminius pokyčius, praktiškai neįmanoma išaiškinti jų elgesio aatominių mechanizmų ".

Nuo vienmolekulinės dinamikos iki atominių grupių

Profesorius Chlobystovas vadovavo anglų ir vokiečių bendradarbiavimui, kuris panaudojo elektronų spindulį (e-spindulį) į transliuojančiosios elektroninės mikroskopijos (TEM) poveikį vienmodelio dinamikos vaizdavimui. Vienu metu naudojant elektroninį spindulį kaip vaizdo gavimo įrankį ir energijos šaltinį, kad būtų galima valdyti chemines reakcijas, jiems pavyko filmuoti molekulių reakcijas. Tyrimas praėjusiais metais buvo paskelbtas "ACS Nano", pavyzdiniame nanotechnologijų ir nanotechnologijų žurnale, ir buvo pasirinktas kaip ACS Editor's Choice dėl plačios visuomenės interesų.

Vietoje laboratorinių kolbų ar mėgintuvėlių jie naudoja mažiausius pasaulyje mėgintuvėlius - vienakryptinius anglies nanovamzdelius - atomiškai ploni anglies cilindrai, kurių vidinis skersmuo yra 1-2 nm, kurie nuo 2005 m. Laikė Guinnesso pasaulio rekordą.

Periodinė lentelė nano mėgintuvėlyje

Profesorius Chlobystovas sakė: "Mes naudojame šias anglies nanovamzdelius mažųjų cheminių elementų grupių, kurių kiekvienas susideda iš tik kelių dešimčių atomų, naudojimą. Įtraukdami nanoklasterius iš serijos susijusių metalinių elementų, kuriuos veiksmingai sukūrėme periodinėje lentelėje nano bandyme vamzdis, leidžiantis pereinamųjų metalų chemines savybes palyginti per periodinę lentelę. Tai visada buvo labai sudėtinga, nes dauguma metalo nanoklasterių yra labai jautrūs orui. Nano mėgintuvėlių ir TEM derinys leidžia mums stebėti ne tik dinamiką metalo nanoclusters, bet ir jų sujungimas su anglimi, kuris aiškiai rodo, kad metalo padėtis periodinėje lentelėje yra ".

Ultimo Kaiseris, eksperimentinės fizikos profesorius ir Ulmio universiteto medžiagų mokslų elektroninės mikroskopijos grupės vadovas, sakė: "Aberacijai ištaisyta perdavimo elektroninė mikroskopija ir mažo matmenų medžiagos, tokios kaip nanokustruose užpildytos nanovamzdeliai, idealiai tinka vieni kitiems, nes jie leidžia efektyviai derinti pažangą analizės ir teorinės chemijos srityje su naujausiais elektronų mikroskopijos įvykiais, o tai lemia naują supratimą apie atominės masto reiškinius, tokius kaip nanokatalizė šiame darbe. "

Žvelgiant į nanoklasterius beprecedenčioje rezoliucijoje

Kecheng Cao, Ph.D. Ulmo universiteto studentas, atlikęs vaizdo analizę šiame tyrime, sakė: "Kai žiūriu į atomus per mikroskopą, kartais nustojau kvėpuoti, kad pamatytume nematomą informaciją, kurią mes atrandame nanoklasturam mūsų neseniai sukurtuose SALVE III mikroskopuose, suteikiantiems precedento neturintį sprendimą "

Netiesioginio universiteto Teorinės ir skaičiavimo chemijos profesorė Elena Besley sakė: "Pasiekęs viduje mažiausius metalų konstrukcinius elementus, šis tyrimas parodė, kad metalo nanoklasteriai, įstrigę anglies nanovamzdeliuose, suteikia universalią metalo metalų chemijos tyrimo platformą ir leidžia tiesiogiai palyginti skirtingų pereinamųjų metalų klijavimą ir reaktyvumą, taip pat nano-katalizatorių struktūros ir našumo santykio išaiškinimą, būtiną naujų reakcijos mechanizmų ir efektyvesnių ateities katalizatorių atradimui. Šis tyrimas yra pirmasis kokybiškas pasaulinės perspektyvos žvilgsnis metalo-anglies jungtis. "

Šis tyrimas yra naujausias iš daugiau nei 20 aukštos kalibro bendrų darbų tema elektronų mikroskopijos molekulių ir nanomedžiagų, paskelbtų Ulm-Nottingham bendradarbiavimas.

menu
menu