Graphene-forskere tager de første billeder af atomer, der svømmer i væske

Grafen-forskere fra University of Manchester har skabt en ny "nano-petriskål" ved hjælp af todimensionelle (2D) materialer til at skabe en ny metode til at observere, hvordan atomer bevæger sig i væske.

Udgivelse i tidsskriftet Nature , holdet ledet af forskere baseret på National Graphene Institute (NGI) brugte stakke af 2D-materialer som grafen til at fange væske for yderligere at forstå, hvordan tilstedeværelsen af ​​væske ændrer det faste stofs opførsel.

Holdet var i stand til at fange billeder af enkelte atomer, der "svømmer" i væske for første gang. Resultaterne kan have udbredt indflydelse på den fremtidige udvikling af grønne teknologier såsom brintproduktion.

Når en fast overflade er i kontakt med en væske, ændrer begge stoffer deres konfiguration som reaktion på den andens nærhed. Sådanne interaktioner på atomare skala ved faststof-væske-grænseflader styrer opførselen af ​​batterier og brændselsceller til ren elproduktion, såvel som bestemmer effektiviteten af ​​rentvandsproduktion og understøtter mange biologiske processer.

En af de førende forskere, professor Sarah Haigh, kommenterede:"I betragtning af den udbredte industrielle og videnskabelige betydning af sådan adfærd, er det virkelig overraskende, hvor meget vi stadig mangler at lære om det grundlæggende i, hvordan atomer opfører sig på overflader i kontakt med væsker. af årsagerne til, at information mangler, er fraværet af teknikker, der er i stand til at give eksperimentelle data for fast-væske-grænseflader."

Transmissionselektronmikroskopi (TEM) er en af ​​de få teknikker, der tillader individuelle atomer at blive set og analyseret. TEM-instrumentet kræver dog et højvakuummiljø, og materialernes struktur ændres i et vakuum. Førsteforfatter Dr. Nick Clark forklarede:"I vores arbejde viser vi, at der gives vildledende information, hvis den atomare adfærd studeres i vakuum i stedet for at bruge vores flydende celler."

Professor Roman Gorbatjov har været banebrydende for stabling af 2D-materialer til elektronik, men her har hans gruppe brugt de samme teknikker til at udvikle en "dobbelt grafen flydende celle." Et 2D-lag af molybdændisulfid blev fuldstændigt suspenderet i væske og indkapslet af grafenvinduer. Dette nye design gjorde det muligt for dem at levere præcist kontrollerede væskelag, hvilket gjorde det muligt at optage hidtil usete videoer, der viser de enkelte atomer, der "svømmer" rundt, omgivet af væske.

Ved at analysere, hvordan atomerne bevægede sig i videoerne og sammenligne med teoretiske indsigter fra kolleger ved Cambridge University, var forskerne i stand til at forstå væskens effekt på atomær adfærd. Væsken viste sig at fremskynde atomernes bevægelse og også ændre deres foretrukne hvilesteder i forhold til det underliggende faste stof.

Holdet studerede et materiale, der er lovende for grøn brintproduktion, men den eksperimentelle teknologi, de har udviklet, kan bruges til mange forskellige applikationer.

Dr. Nick Clark sagde:"Dette er en milepælspræstation, og det er kun begyndelsen - vi søger allerede at bruge denne teknik til at støtte udviklingen af ​​materialer til bæredygtig kemisk forarbejdning, som er nødvendig for at nå verdens netto-nul-ambitioner." + Udforsk yderligere

Hvordan gas-nanobobler accelererer fast-væske-gas-reaktioner