В последние несколько лет исследовательская группа, обладающая опытом в области электронной микроскопии и катализа, участвовала в определении трехмерного расположения атомов в катализаторах из наночастиц в химических процессах. Исследование объединило экспериментальные измерения с математическим моделированием.

В результате был получен новый метод, который позволяет идентифицировать и отслеживать отдельные атомы в наночастице, даже когда они находятся в состоянии вибрации и движения.

До сих пор предсказывалось, что атомы, присутствующие в наночастицах, будут статичными во время наблюдений. Однако анализ трехмерных изображений атомного масштаба, проведенный исследователями, показал, что первоначального предсказания недостаточно. Скорее, они раскрыли динамическое поведение атомов с помощью нового аналитического метода.

Исследователи выбрали популярный каталитический материал с наночастицами, названный дисульфидом молибдена. Атомная структура материала широко известна и, таким образом, оказалась хорошей платформой для объяснения трехмерных изображений с атомным разрешением, собранных в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Специальный электронный микроскоп TEAM 0.5, используемый для этой цели, обеспечивает самое высокое в мире разрешение пикометровой шкалы.

Новый метод был объяснен и опубликован в журнале Nature Communications .

Новая модель обеспечивает идентификацию атомов

Математическая модель позволяет идентифицировать отдельные атомы в наночастице, даже когда они движутся. Модель рассчитывает как интенсивность, так и ширину атомов на изображениях.

До сих пор определение того, какой атом мы наблюдаем, было сложной задачей из-за размытия, вызванного колебаниями атомов. Однако учитывая колебания, мы можем более точно идентифицировать например расположение отдельных атомов серы или молибдена .

Стиг Хельвег, профессор физики Датского технического университета

Кроме того, новая модель позволяет корректировать изменения в наночастицах в виде колебаний, получаемых при освещении энергичных электронов в электронном микроскопе. Это позволит исследователям сосредоточиться на химической информации, скрытой на изображении, по одному атому за раз. Это основная идея исследования.

Следующий шаг в функции измерения

Ученые ожидают, что новая успешная модель будет использована другими исследователями в их области исследований. Модель также станет платформой для работы нового центра фундаментальных исследований Стига Хельвега в Техническом университете Дании (DTU), VISION.

Цель будет заключаться в том, чтобы сделать еще один шаг вперед путем интеграции изображений с атомным разрешением с измерениями каталитических характеристик наночастиц. Выводы, полученные в результате исследования, поддержат разработку наночастиц для каталитических процессов в рамках перехода к устойчивой энергетике.

В международную исследовательскую группу, стоящую за новой моделью визуализации, входили Фу-Ронг Чен из Городского университета Гонконга, Дирк ван Дайк из Университета Антверпена, Кристиан Киселовски и Бастиан Бартон из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Ларс П. Хансен из Хальдора Topsoe A / S и Стиг Хельвег из DTU.

Ссылка на журнал:

Chen, F.-R., и др. . (2021) Исследование атомной динамики возбужденных нанокристаллов Co-Mo-S в 3D. Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-021-24857-4.

Источник: https://www.dtu.dk/english[19459009visible