Ile ładunków elektrycznych ma nanocząstka platyny? Dzięki udoskonalonej technice holografii elektronowej o wysokiej precyzji można teraz odpowiedzieć na to pytanie bezpośrednio zliczając ładunki aż do poziomu pojedynczego elektronu. Technika opracowana przez naukowców z Kyushu University i Hitachi Ltd w Japonii może pomóc naukowcom w tworzeniu wydajniejszych katalizatorów.
Usunięcie zaledwie jednego lub dwóch ładunków ujemnych z nanocząstki może znacząco zmienić jej zachowanie jako katalizatora. Z tego powodu określenie stanu naładowania poszczególnych nanocząstek na powierzchni tlenku metalu jest ważnym zadaniem inżynierii katalizatorów, wyjaśnia kierownik zespołu Yasukazu Murakamiego, naukowiec zajmujący się materiałami kwantowymi w Kyushu. Problem polega na tym, że obecne techniki, takie jak rentgenowska spektroskopia fotoemisyjna, dostarczają jedynie informacji o ładunku uśrednionych dla wielu nanocząstek.
Holografia elektronowa
W nowej pracy naukowcy wykorzystali holografię elektronową (rodzaj transmisyjnej mikroskopii elektronowej) do bezpośredniej identyfikacji potencjału elektrostatycznego wytwarzanego przez nanocząsteczki platyny na powierzchni tlenku tytanu – kombinacji materiałów często stosowanych jako katalizator do przyspieszania reakcji chemicznych . W holografii elektronowej elektron oddziałujący z polami elektrycznymi i magnetycznymi powoduje przesunięcie fazowe w funkcji falowej elektronu, które można następnie zidentyfikować, porównując je z elektronem odniesienia, który nie wchodził w interakcję z polem.
Mierząc pola wokół nanocząstek platyny, Murakami i współpracownicy określili liczbę „dodatkowych” lub „brakujących” elektronów z nimi związanych. Ich pomiary wykazały, że nanocząsteczka może zyskać lub stracić od jednego do sześciu elektronów.
Naukowcy twierdzą, że mechanizm ładowania platyny polega na różnicy w pracy wyjścia (energii potrzebnej do całkowitego wycofania elektronu z powierzchni metalu) platyny i dwutlenku tytanu (TiO2). Ta różnica zależy od orientacji nanocząstek na TiOXNUMX2 i zniekształcenia sieci krystalicznej.
Redukcja hałasu mechanicznego i elektrycznego
Centralnym elementem osiągnięć naukowców była seria ulepszeń wprowadzonych do holograficznego mikroskopu o rozdzielczości atomowej 1.2 MV, opracowanego i obsługiwanego przez firmę Hitachi. Ten instrument redukuje szum mechaniczny i elektryczny, a następnie przetwarza dane w celu dalszego wyodrębnienia sygnału z szumu, wyjaśnia Murakami.
Holografia kwantowa obrazuje obiekty za pomocą niewykrytego światła
„Holografię elektronową o wysokiej precyzji można by zastosować w najnowocześniejszych badaniach w fizyce materii skondensowanej, chemii nieorganicznej, w tym katalizie, urządzeniach spintronicznych/półprzewodnikowych, nowych typach baterii i innych dziedzinach, w których niezbędna jest wszechstronna analiza pola elektromagnetycznego” — mówi. mówi Świat Fizyki.
W tym badaniu, które jest szczegółowo opisane w nauka, naukowcy zmierzyli ładunek pojedynczych nanocząstek w próżni. Jednak w przyszłości mają nadzieję powtórzyć swoje eksperymenty w środowisku gazowym. „Takie badania odzwierciedlałyby warunki, w jakich stosowane są katalizatory robocze” – mówi Murakami.
