Et nærbillede af den virkelige verden - atomvandring under omgivelsesbetingelser

At øge vores forståelse af, hvordan individuelle atomer og molekyler deltager i kemiske reaktioner, er afgørende for udviklingen af ​​nye teknologier. Imidlertid, til dato har det ikke været muligt at forestille sig atomdynamik på metaloverflader under forhold, der ligner dem i de industrielle processer af interesse. Nu, forskere fra Osaka University har brugt in situ miljøtransmissionselektronmikroskopi til at visualisere progressiv atomdynamik i virkelige livlignende miljøer. Denne betydningsfulde præstation har konsekvenser for materialer såsom kvantepunkter - fluorescerende materialer, der bruges i lysdioder, solceller, og medicinsk billeddannelse - og nanokatalysatorer, der bruges til at øge effektiviteten af ​​industrielle processer. Deres resultater blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition .

Mange nanopartikelkatalysatorer og nanodeapparater er afhængige af migrering af atomer fra en tilstand til en anden, når de udløses af en elektronisk stimulus, såsom et intens lys. Eksperimenter, der har søgt at forstå disse processer, er generelt blevet udført under forhold, der ikke replikerer tidsskalaer eller atmosfæriske sammensætninger, der er relevante for faktiske applikationer. For eksempel, mange overfladeeksperimenter, såsom traditionel transmissionselektronmikroskopi, udføres under vakuum og begrænser dermed anvendeligheden af ​​fundene.

I denne seneste undersøgelse, forskerne rapporterer en in situ miljøtransmission elektronmikroskopi teknik, der gør det muligt at visualisere ændringer i atomdynamikken på en metaloverflade i et stærkt elektrisk felt direkte over tid og under omgivelsesbetingelser. I særdeleshed, de fysiske ændringer som følge af oxidation af en guldelektrode med oxygenatomer blev sporet, efterhånden som reaktionen skred frem.

"Vi anvendte et elektrisk felt på tværs af et meget lille mellemrum mellem guldelektroder, som aktiverede iltgasmolekylerne i atmosfæren ved ekstremt hurtig elektrontunnel, "forklarer studieforfatter Ryotaro Aso." Dette førte igen til progressive ændringer på overfladen af ​​guldelektroderne - generelt betragtet som inaktive - som vi klart kunne fange i billeder. "

Dette er den første rapporterede direkte visualisering af progressive atomforandringer af en metaloverflade i et elektrostatisk felt under omgivelsesbetingelser og er blevet betegnet som en tunnel-elektron-vedhæftet gasproces.

"Vi forventer, at både guldelektrodesystemet, vi undersøgte, og vores miljøtransmissionelektronmikroskopi -tilgang giver nye perspektiver for materialevidenskabelige forskere, "forklarer studieforfatter Ryotaro Aso." Vi håber, at den demonstrerede tunnel-elektron-vedhæftede gasproces vil føre til udvikling inden for nanokatalysatorer og kvante-nanodots og give mulighed for skræddersyede synteser af nye nanomaterialer. "Sådanne nanomaterialer kan have vidtrækkende anvendelser inden for viser, billeddannelse, og kemisk produktion.