Koliko električnih nabojev ima nanodelec platine? Zahvaljujoč izboljšani visoko natančni tehniki elektronske holografije je zdaj mogoče na to vprašanje odgovoriti z neposrednim štetjem nabojev, vse do ravni enega samega elektrona. Tehnika, ki so jo razvili raziskovalci na univerzi Kyushu in Hitachi Ltd na Japonskem, bi lahko znanstvenikom pomagala ustvariti učinkovitejše katalizatorje.
Odstranitev samo enega ali dveh negativnih nabojev iz nanodelca lahko bistveno spremeni njegovo obnašanje kot katalizatorja. Iz tega razloga je določanje stanja naboja posameznih nanodelcev na površini kovinskega oksida pomembna naloga za inženiring katalizatorjev, pojasnjuje vodja skupine Yasukazu Murakami, znanstvenik za kvantne materiale pri Kyushu. Težava je v tem, da trenutne tehnike za to, kot je rentgenska fotoemisijska spektroskopija, zagotavljajo samo informacije o naboju, ki so povprečne za številne nanodelce.
Elektronska holografija
V novem delu so raziskovalci uporabili elektronsko holografijo (vrsto transmisijske elektronske mikroskopije) za neposredno identifikacijo elektrostatičnega potenciala, ki ga ustvarijo nanodelci platine na površini titanovega oksida – kombinacija materialov, ki se pogosto uporabljajo kot katalizatorji za pospešitev kemičnih reakcij. . V elektronski holografiji elektron, ki medsebojno deluje z električnim in magnetnim poljem, povzroči fazni zamik v valovni funkciji elektrona, ki ga je mogoče identificirati s primerjavo z referenčnim elektronom, ki ni interagiral s poljem.
Z merjenjem polj okoli nanodelcev platine so Murakami in sodelavci določili število "dodatnih" ali "manjkajočih" elektronov, povezanih z njimi. Njihove meritve so pokazale, da lahko nanodelec pridobi ali izgubi kjerkoli med enim in šestimi elektroni.
Raziskovalci pravijo, da mehanizem za naboj platine vključuje razliko v delovnih funkcijah (energija, ki je potrebna za popoln odvzem elektrona s kovinske površine) platine in titanovega dioksida (TiO2). Ta razlika je odvisna od orientacije nanodelcev na TiO2 in popačenje kristalne mreže.
Zmanjšanje mehanskega in električnega hrupa
Osrednji element v dosežkih raziskovalcev je bila serija izboljšav holografskega mikroskopa z atomsko ločljivostjo 1.2 MV, ki ga je razvil in upravlja Hitachi. Ta instrument zmanjša mehanski in električni šum in nato obdela podatke, da dodatno izloči signal iz hrupa, pojasnjuje Murakami.
Kvantna holografija prikazuje predmete z nezaznano svetlobo
"Visoko natančno elektronsko holografijo bi lahko uporabili za vrhunske študije v fiziki kondenziranih snovi, anorganski kemiji, vključno s katalizo, spintroniškimi/polprevodniškimi napravami, novimi vrstami baterij in drugimi predmeti, pri katerih je celovita analiza elektromagnetnega polja bistvena," je dejal. pove Svet fizike.
V tej študiji, ki je podrobno opisana v Znanost, raziskovalci so izmerili naboj na posameznih nanodelcih v vakuumu. Vendar pa v prihodnosti upajo, da bodo svoje poskuse ponovili v plinastem okolju. "Takšne študije bi odražale pogoje, v katerih se uporabljajo delovni katalizatorji, " pravi Murakami.
