Berapa banyak muatan listrik yang dimiliki partikel nano platinum? Berkat teknik holografi elektron presisi tinggi yang ditingkatkan, sekarang dimungkinkan untuk menjawab pertanyaan ini dengan menghitung muatan secara langsung, hingga ke tingkat elektron tunggal. Teknik yang dikembangkan oleh para peneliti di Universitas Kyushu dan Hitachi Ltd di Jepang, dapat membantu para ilmuwan menciptakan katalis yang lebih efisien.
Menghapus hanya satu atau dua muatan negatif dari nanopartikel dapat secara signifikan mengubah perilakunya sebagai katalis. Untuk alasan ini, menentukan status muatan nanopartikel individu pada permukaan oksida logam merupakan tugas penting untuk rekayasa katalis, jelas pemimpin tim Yasukazu Murakami, seorang ilmuwan material kuantum di Kyushu. Masalahnya adalah teknik saat ini untuk melakukan ini, seperti spektroskopi fotoemisi sinar-X, hanya memberikan informasi muatan rata-rata pada banyak partikel nano.
holografi elektron
Dalam karya baru, para peneliti menggunakan holografi elektron (sejenis mikroskop elektron transmisi) untuk secara langsung mengidentifikasi potensi elektrostatik yang dibuat oleh nanopartikel platinum pada permukaan titanium oksida – kombinasi bahan yang sering digunakan sebagai katalis untuk mempercepat reaksi kimia. . Dalam holografi elektron, elektron yang berinteraksi dengan medan listrik dan magnet menghasilkan pergeseran fasa dalam fungsi gelombang elektron yang kemudian dapat diidentifikasi dengan membandingkannya dengan elektron referensi yang tidak berinteraksi dengan medan.
Dengan mengukur bidang di sekitar nanopartikel platinum, Murakami dan rekannya menentukan jumlah elektron "ekstra" atau "hilang" yang terkait dengannya. Pengukuran mereka menunjukkan bahwa partikel nano dapat memperoleh atau kehilangan antara satu dan enam elektron.
Para peneliti mengatakan bahwa mekanisme di balik pengisian platinum melibatkan perbedaan dalam fungsi kerja (energi yang dibutuhkan untuk sepenuhnya menarik elektron dari permukaan logam) dari platinum dan titanium dioksida (TiOXNUMX).2). Perbedaan ini tergantung pada orientasi nanopartikel pada TiOXNUMX2 dan distorsi kisi kristal.
Mengurangi kebisingan mekanik dan listrik
Unsur utama dalam pencapaian para peneliti adalah serangkaian perbaikan yang dilakukan pada mikroskop holografi resolusi atom 1.2 MV yang dikembangkan dan dioperasikan oleh Hitachi. Instrumen ini mengurangi derau mekanis dan elektrik dan kemudian memproses data untuk lebih jauh mengeluarkan sinyal dari derau tersebut, jelas Murakami.
Objek gambar holografi kuantum dengan cahaya yang tidak terdeteksi
“Holografi elektron berpresisi tinggi dapat diterapkan pada studi mutakhir dalam fisika benda terkondensasi, kimia anorganik, termasuk katalisis, perangkat spintronik/semikonduktor, jenis baterai baru, dan subjek lain yang membutuhkan analisis medan elektromagnetik komprehensif,” dia memberitahu Dunia Fisika.
Dalam penelitian ini, yang dirinci dalam Ilmu, para peneliti mengukur muatan pada nanopartikel tunggal dalam ruang hampa. Namun, di masa depan mereka berharap dapat mengulang eksperimen mereka di lingkungan gas. “Studi semacam itu akan mencerminkan kondisi di mana katalis kerja digunakan,” kata Murakami.
