Forskere udvikler protokol for kemisk billeddannelse på nanoskala

Kemisk billeddannelse af overflader er afgørende for at forstå sammenhængen mellem strukturelle, kemiske og funktionelle egenskaber i discipliner, der spænder på tværs af det kemiske, materiale- og biologiske videnskaber. Konventionelle metoder til kemisk analyse er typisk begrænset af begrænsninger af lav følsomhed, mikroskala rumlig opløsning, uvedkommende mærkning, højvakuum og ødelæggelse af prøverne under undersøgelse.

Forskere fra NPL og Utrecht University har demonstreret evnen til en ny analytisk teknik kaldet tip-enhanced Raman Spectroscopy (TERS), som overvinder begrænsningerne ved konventionelle analysemetoder og giver mærkefri og ikke-destruktiv kemisk billeddannelse på nanoskala, i både luft- og væskemiljøer. For at denne teknik kan bruges mere bredt, flere praktiske udfordringer skulle overvindes og en robust proces udvikles for at tillade reproducerbare og afgørende resultater. Dette blev opnået i løbet af flere år, og nu kan forskerne med succes bruge TERS til at karakterisere enkeltvæggede kulstof nanorør, polymer tyndfilm, selvsamlede monolag af organiske molekyler, nanoskala strukturelle defekter i enkeltlags grafen, reaktioner i heterogene katalytiske systemer og små molekyler i biologiske celler.

Med en pålidelig metode på plads, TERS har nu også potentialet til at blive brugt i nye anvendelsesområder, især dem, der kræver billeddannelse af overflader i væske, som ikke har været muligt indtil for nylig. Da TERS giver grundlæggende indsigt i materialers kemiske opførsel, denne forståelse vil gøre det muligt at udvikle nye produkter i et hurtigere tempo, inden for en række teknologiske områder for milliarder af dollars.

Dr. Naresh Kumar, forsker ved NPL og hovedforfatter, sagde:"I løbet af de sidste to årtier, TERS er dukket op som et stærkt og pålideligt værktøj til overfladekemisk karakterisering på nanoskala, kombinerer den høje kemiske følsomhed af overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS) og rumlig opløsning i nanoskala af scanningsprobemikroskopi (SPM).

Offentliggørelsen af ​​denne protokol vil muliggøre yderligere acceleration af TERS-forskning rundt om i verden, og hjælpe forskere med at opnå robuste analytiske data om en lang række funktionelle materialer."

Prof. Bert Weckhuysen, professor i uorganisk kemi og katalyse ved Utrecht University sagde, "Måling af katalytiske hændelser på nanometerskala er meget udfordrende. Dette er nødvendigt for at udvikle nye eller meget forbedrede katalytiske materialer for at accelerere kemiske processer, derved fremmer overgangen til et mere bæredygtigt samfund. TERS er en af ​​de lovende teknikker, og de rapporterede måleprotokoller i denne artikel vil hjælpe videnskabsmænd med at afdække de indviklede katalytiske processer."