Los científicos han logrado "filmar" reacciones químicas intermoleculares, utilizando el haz de electrones de un microscopio electrónico de transmisión TEM como una herramienta de imagen de cuadro de detención. También han descubierto que el haz de electrones se puede ajustar simultáneamente para estimularreacciones químicas específicas al usarlo como fuente de energía y como herramienta de imagen.
Esta investigación, que muestra reacciones químicas que ocurren en tiempo real a la centésima millonésima parte de un centímetro, tiene el potencial de revolucionar el estudio y el desarrollo de nuevos materiales. Podría ayudar a responder algunas de las preguntas más fundamentales y desafiantes deciencia química; como la forma en que las moléculas reaccionan entre sí a nivel atomístico; lo que impulsa la formación de un producto en lugar de otro; así como ayuda al descubrimiento de nuevas reacciones químicas.
El equipo multinacional de expertos del Reino Unido, Alemania y Rusia, fue dirigido por Andrei Khlobystov, profesor de nanomateriales y director del Centro de investigación de nanoescala y microescala de la Universidad de Nottingham. El estudio: 'Filmación y descubrimiento de fotogramas de escalade reacciones a nivel de molécula única por microscopía electrónica de transmisión 'ha sido publicado en ACS Nano , una revista emblemática de nanociencia y nanotecnología y seleccionada como Elección del Editor de ACS debido a su potencial de amplio interés público.
El profesor Khlobystov dijo: "Este es un avance científico significativo. Hemos transformado la forma en que usamos TEM, de tomar imágenes fijas a una herramienta para filmar y estimular reacciones químicas. Es la primera vez que podemos ver productos químicosreacciones a este nivel y observe el destino de las moléculas a medida que tienen lugar las reacciones químicas, desde las moléculas iniciales hasta el producto "
La investigación fue realizada por expertos en química sintética y teórica, materiales y microscopía electrónica y se basa en el concepto del profesor Khlobystov de tubos de ensayo de carbono nano Tubos de ensayo más pequeños del mundo, Guinness Book of World Records 2005, donde el nanotubo actúa como uncontenedor para moléculas. Su trabajo pionero en nano-contenedores y nano-reactores de carbono ya está conduciendo a nuevas formas de dirigir el ensamblaje molecular y estudiar reacciones químicas.
La investigación del Reino Unido se llevó a cabo en colaboración con Elena Besley, profesora de Química de Computación Teórica y su equipo de investigadores que trabajan en el Grupo de Nanociencia Computacional de la Universidad de Nottingham.
El profesor Besley dijo: "Profundizando en los componentes químicos más pequeños de la materia, nuestro estudio aprovecha el 'efecto observador' y establece una metodología completamente nueva para estudiar las reacciones químicas. Demostramos que el haz de electrones, actuando simultáneamente como una sonda de imagen yuna fuente de energía para impulsar las transformaciones químicas, ofrece una nueva herramienta para estudiar las reacciones químicas de moléculas individuales con resolución atómica, lo cual es vital para el descubrimiento de nuevos mecanismos de reacción y una síntesis futura más eficiente ".
Síntesis y preparación de nuevos materiales
Todavía hay muchos problemas en la síntesis y preparación de materiales y necesitamos comprender los procesos que los crean, cómo reaccionan exactamente las moléculas, cómo se rompen y se forman los enlaces químicos.
El profesor Khlobystov dijo: "Llamamos a nuestro método ChemTEM porque es la forma más directa de estudiar las reacciones químicas: el haz de electrones entrega cantidades bien definidas de energía directamente a los átomos dentro de la molécula y por lo tanto desencadena una reacción química, mientras que continuamenteimaginando las transformaciones moleculares, cuadro por cuadro en el espacio directo y en tiempo real. Podemos descubrir nuevas reacciones químicas y crear estructuras químicas a medida jugando con las condiciones del TEM, por ejemplo, la energía del haz de electrones.
"Ahora podemos observar cómo las moléculas individuales se unen para formar nanoribones de grafeno y polímeros. Entonces podemos dirigir la reacción en la dirección en que queremos formar el material que queremos, y ver que esto suceda en tiempo real. Por ejemplo, ya estamos viendo la próxima generación de materiales moleculares bidimensionales complejos para aplicaciones electrónicas más allá del grafeno ".
Abrazando el 'efecto observador'
En microscopía se invierte mucho esfuerzo en reducir el impacto de la luz o el haz de electrones, el llamado efecto observador, en la muestra para garantizar que las imágenes representen estructuras verdaderamente vírgenes, sin que se vean afectadas por el proceso de medición.
El equipo de investigación ha empleado el 'efecto observador' para convertir el TEM en una herramienta de imagen y una fuente de energía para impulsar las reacciones químicas.
El haz de electrones penetra en las paredes atómicamente delgadas de los nanotubos de carbono y permite obtener imágenes resueltas en el tiempo de las reacciones a nivel de un solo átomo. Activado por el haz de electrones, la energía y la tasa de dosis que pueden establecerse con precisión, las transformaciones químicas de las moléculastener lugar.
El NMRC
La investigación del Reino Unido se realizó en el Centro de Investigación de Nanoescala y Microscala de última generación NMRC. La visión del centro es convertirse en una instalación líder mundial para la caracterización y análisis de materiales moleculares a nanoescala y microescala.El centro cuenta con un conjunto único de 20 instrumentos principales que cuenta con expertos con antecedentes médicos, científicos y de ingeniería. Actualmente trabajan en una amplia gama de investigaciones, desde células cancerosas e implantes médicos impresos en 3D hasta semiconductores y células solares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nottingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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