Atombilleder afslører mange naboer for nogle iltatomer

Identifikationen af ​​nye kemiske bindinger er afgørende for design af nye materialestrukturer. Et team ledet af Jani Kotakoski ved universitetet i Wien og Jannik Meyer ved universitetet i Tübingen har fundet uventede nye konfigurationer af ilt og nitrogen i grafen. Direkte billeder af de faktiske atomer og analysen af ​​fundene blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Naturkommunikation .

Livet, som vi kender det, er baseret på kun en håndfuld forskellige typer atomer (kaldet elementer), blandt dem kulstof, nitrogen og ilt. Det, der tillader livets kompleksitet, er atomenes evne til at forbinde til hinanden via kemiske bindinger for at danne større strukturer. At kende de mulige bindingsstrukturer gør det muligt for forskere både at forstå livets byggesten og til at designe helt nye strukturer.

Hver atomtype kan lave et karakteristisk antal bindinger afhængigt af antallet af tilgængelige elektroner. Derfor, kemi lærebøger siger, at kulstof kan have op til fire bindinger, nitrogen op til tre, og ilt kun en eller to. Nu, et team ledet af Jani Kotakoski ved universitetet i Wien og Jannik Meyer ved universitetet i Tübingen (tidligere universitetet i Wien), har undersøgt bindingen af ​​et stort antal nitrogen- og iltatomer ved hjælp af topmoderne scanningstransmissionselektronmikroskopi. Dette blev muliggjort ved at indlejre atomerne i det et-atom-tykke kulstofmateriale, grafen.

Kvælstof- og iltatomer viste sig at binde sig til deres naboer i en række forskellige konfigurationer. For det meste, undersøgelsen bekræftede lærebilledet, som nu kunne vises med direkte billeder af faktiske atomer:Kvælstofatomer var bundet til to eller tre carbonatomer, mens de fleste iltatomer havde to carbon -naboer. "Hvad der virkelig overraskede os, imidlertid, var den ekstra tilstedeværelse af strukturer med iltbundet til tre carbon naboer, "siger Christoph Hofer, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, der for nylig blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Naturkommunikation . "Indtil nu, undtagelsen af ​​ilt med tre bindinger var kun kendt i en usædvanlig stærkt ladet tilstand, kaldet oxonium, som er svær at stabilisere, "forklarer han. Dette er i modsætning til den nuværende undersøgelse, hvor strukturerne var bemærkelsesværdigt stabile, hvilket tillod deres billeddannelse i mikroskopet. Undersøgelsen afslørede også en "parret ilt" -konfiguration, hvor to iltatomer indtager nabosteder i grafengitteret, men ikke skaber en binding. Udover at give ny indsigt i livets byggesten, disse nye limningskonfigurationer kan også føre til udvikling af nye materialer.

Samlet set, undersøgelsen giver et omfattende overblik over de forskellige bindingskonfigurationer for nitrogen og ilt, illustreret direkte gennem billeder af de enkelte atomer. Mens lærebogskonceptet om binding til kulstof, nitrogen og ilt blev for det meste bekræftet, disse fælles elementer kan naturligvis stadig give overraskelser efter årtiers studier.