Billedteknik muliggør undersøgelser af dynamikken i nanokatalysatorer ved hidtil uset rumlig, tidsmæssig opløsning

(PhysOrg.com) - Små katalysatormaterialer kan deltage i en lang række meget hurtige fysiske og kemiske processer, som nu kan afsløres mere præcist takket være en ny billeddannelsesmetode til dynamiske transmissionselektronmikroskoper (DTEM'er) udviklet af amerikanske forskere.

"Vores gruppe har udviklet en mørkfeltbilleddannelsestilstand for DTEM, der muliggør den højeste kombinerede rumlige og tidsmæssige opløsning af nanopartikler, der er opnået hidtil", siger Daniel Masiel fra University of California (Davis) og hovedforfatter til værket, som blev offentliggjort online i ChemPhysChem . Ifølge Masiel, ringformet mørkt felt DTEM (ADF-DTEM) kunne, for første gang, muliggøre direkte tidsopløst observation af processer såsom vækst i nanotråd, katalysatorforgiftning, og Ostwald modning på nanosekunders tidsskalaer.

Et DTEM er et transmissionselektronmikroskop, der er blevet modificeret til at omfatte en laserdrevet fotokatode, der kan producere en enkelt intens puls af elektroner med en varighed på kun 15 ns. Selvom instrumentet har potentiale til at give indsigt i nanopartikelkatalysatordynamik ved at muliggøre direkte billeddannelse med høj rumlig og tidsmæssig opløsning, de begrænsede signal-til-baggrund-forhold, der kan opnås for spredte nanopartikelprøver, har gjort sådanne undersøgelser vanskelige at udføre ved optimale opløsninger. For at overvinde disse begrænsninger, Masiel og kolleger har fremstillet en ringformet objektivobjektivåbning, der gør det muligt at få billeder med en tredobbelt stigning i signal-til-baggrund-forholdet. Denne ringformede mørkefeltbilledtilstand forbedrer kontrasten, der kan opnås i 15 ns-pulserede elektronbilleder og gør det muligt at observere partikler helt ned til 30 nm i diameter (se billede:enkeltskudspulseret mørktfelt DTEM-billede af små guldpartikler spredt på en hullet carbonfilm ved 15 ns tidsopløsning.)

Andre teknikker såsom kohærent diffraktiv billeddannelse (ved hjælp af sammenhængende røntgenstråler) eller in situ TEM tilbyder direkte billeddannelsesdata, men på bekostning af enten rumlig eller tidsmæssig opløsning. Dette er ikke tilfældet for ADF-DTEM, siger forskerne-og de er sikre på, at den nye metode vil finde anvendelser inden for vigtige forskningsområder:"Ved at give det videnskabelige samfund direkte eksperimentel indsigt i opførsel af nanometer-skala systemer med nanosekund tidsintervaller, ADF-DTEM lover at give ingeniører og forskere en kraftfuld metode til at udforske systemer, der er kernen i nogle af de mest afgørende energiteknologier både i dag og i morgen ", Siger Masiel.