Los expertos en el Centro de investigación de nanoescala y microescala nmRC de la Universidad de Nottingham han dado un primer vistazo a la vida privada de los grupos atómicos. Esto es lo que pueden ver.
Después de haber 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, ahora han logrado imágenes de resolución dinámica de escala atómica.y transformaciones químicas promovidas por los nanoclusters de metal. Esto les ha permitido clasificar 14 metales diferentes, tanto en orden de unión con el carbono como en su actividad catalítica, mostrando una variación significativa en la Tabla Periódica de los Elementos.
Su último trabajo, 'Comparación de la dinámica de escala atómica para los nanocatalizadores de metales de transición media y tardía', ha sido publicado en Comunicaciones de la naturaleza . Andrei Khlobystov, profesor de nanomateriales y director de nmRC, dijo: "Gracias a los recientes avances en microscopía y espectroscopia ahora sabemos mucho sobre el comportamiento de las moléculas y los átomos. Sin embargo, la estructura y la dinámica de la escala atómicalos grupos de elementos metálicos siguen siendo un misterio. La compleja dinámica atómica revelada directamente por la formación de imágenes en tiempo real arroja luz sobre el funcionamiento atomístico de los nanocatalizadores ".
Contribución al PIB mundial
La dinámica a escala atómica de los nanoclusters metálicos determina sus propiedades funcionales y químicas, como la actividad catalítica, su capacidad para aumentar la velocidad de una reacción química. Muchos procesos industriales clave actualmente dependen de nanocatalizadores como la purificación del agua, tecnologías de celdas de combustible;almacenamiento de energía y producción de biodiésel.
El profesor Khlobystov dijo: "Con las reacciones químicas catalíticas que contribuyen sustancialmente al PIB mundial, comprender el comportamiento dinámico de los nanoclusters a nivel atómico es una tarea importante y urgente. Sin embargo, el desafío combinado de las estructuras no uniformes de nanocatalizadores - paraPor ejemplo, la distribución de tamaños, formas, fases cristalinas, coexistiendo dentro del mismo material y su naturaleza altamente dinámica, los nanoclusters sufren transformaciones estructurales y, en algunos casos, químicas durante la catálisis, hacen que el esclarecimiento de los mecanismos atomísticos de su comportamiento sea prácticamenteimposible."
de dinámica de molécula única a grupos atómicos
El profesor Khlobystov dirigió la colaboración anglo-alemana que aprovechó el impacto del haz de electrones haz electrónico en la microscopía electrónica de transmisión TEM para obtener imágenes de la dinámica de una molécula. Al emplear el haz electrónico simultáneamente como una herramienta de imagen yuna fuente de energía para impulsar las reacciones químicas lograron filmar las reacciones de las moléculas. La investigación fue publicada el año pasado en ACS Nano, una revista emblemática de nanociencia y nanotecnología, y seleccionada como Elección del Editor de ACS debido a su potencial para un amplio interés público.
En lugar de matraces de laboratorio o tubos de ensayo, emplean los tubos de ensayo más pequeños del mundo: nanotubos de carbono de pared simple, cilindros de carbono atómicamente delgados con diámetros internos de 1-2 nm que han tenido un récord mundial Guinness desde 2005.
Una tabla periódica en un tubo de ensayo nano
El profesor Khlobystov dijo: "Usamos estos nanotubos de carbono para tomar muestras de pequeños grupos de elementos químicos, cada uno de los cuales consta de unas pocas docenas de átomos. Al atrapar los nanoclusters de una serie de elementos metálicos relacionados que creamos efectivamente en una tabla periódica en untubo de ensayo nano, lo que permite una comparación global de la química de los metales de transición en la tabla periódica. Esto siempre ha sido extremadamente desafiante porque la mayoría de los nanoclusters de metal son muy sensibles al aire. La combinación del tubo de ensayo nano y TEM nos permite ver no solo eldinámica de los nanoclusters de metal, pero también su unión con el carbono que muestra un vínculo claro con la posición del metal en la Tabla Periódica ".
Ute Kaiser, profesor de Física Experimental y Líder del Grupo de Microscopía Electrónica de Ciencia de Materiales en la Universidad de Ulm dijo: "La microscopía electrónica de transmisión con corrección de aberración y los materiales de baja dimensión, como los nanotubos llenos de nanoclusters de metal, son idealescoinciden entre sí porque permiten una combinación efectiva de avances en química analítica y teórica con los últimos avances en microscopía electrónica, lo que lleva a una nueva comprensión de los fenómenos a escala atómica, como la nanocatálisis en este trabajo ".
Observando nanoclusters en una resolución sin precedentes
Kecheng Cao, estudiante de doctorado en la Universidad de Ulm, quien realizó el análisis de imágenes en este estudio dijo: "Cuando estoy mirando átomos a través del microscopio, a veces dejo de respirar para ver los detalles invisibles que descubrimos para los nanoclusters en nuestro recién desarrolladoMicroscopio SALVE III que proporciona una resolución sin precedentes "
Elena Besley, profesora de Química Teórica y Computacional de la Universidad de Nottingham dijo: "Al llegar al interior de los más pequeños bloques de construcción de metales, este estudio demostró que los nanoclusters de metal atrapados en tubos de ensayo de carbono nano proporcionan una plataforma universal para estudiar la química organometálica y permitenUna comparación directa de la unión y la reactividad de los diferentes metales de transición, así como la aclaración de la relación estructura-rendimiento para los nanocatalizadores, vital para el descubrimiento de nuevos mecanismos de reacción y catalizadores más eficientes del futuro. Este estudio proporciona una primera visión cualitativa deuna perspectiva global del enlace metal-carbono "
Este estudio es el último de una serie de más de 20 documentos conjuntos de alto calibre sobre el tema de la microscopía electrónica para moléculas y nanomateriales publicados por la colaboración de Ulm-Nottingham.
La profesora Kaiser ha sido nombrada recientemente profesora honoraria en la Universidad de Nottingham en reconocimiento a su rica contribución a la colaboración entre las dos universidades que abarca casi una década.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nottingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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