Скільки електричних зарядів має наночастинка платини? Завдяки вдосконаленій високоточній техніці електронної голографії тепер можна відповісти на це запитання, підрахувавши заряди безпосередньо, аж до рівня окремого електрона. Техніка, розроблена дослідниками з Університету Кюсю та Hitachi Ltd в Японії, може допомогти вченим створити більш ефективні каталізатори.
Видалення лише одного або двох негативних зарядів з наночастинки може істотно змінити її поведінку як каталізатора. З цієї причини визначення зарядового стану окремих наночастинок на поверхні оксиду металу є важливим завданням для розробки каталізаторів, пояснює керівник групи Ясукадзу Муракамі, вчений у галузі квантових матеріалів Kyushu. Проблема полягає в тому, що сучасні методи для цього, такі як рентгенівська фотоемісійна спектроскопія, надають лише інформацію про заряд, усереднений для багатьох наночастинок.
Електронна голографія
У новій роботі дослідники використовували електронну голографію (тип трансмісійної електронної мікроскопії), щоб безпосередньо ідентифікувати електростатичний потенціал, створений наночастинками платини на поверхні оксиду титану – комбінації матеріалів, які часто використовують як каталізатор для прискорення хімічних реакцій. . В електронній голографії електрон, взаємодіючи з електричним і магнітним полями, створює фазовий зсув у хвильовій функції електрона, який потім можна ідентифікувати, порівнюючи його з еталонним електроном, який не взаємодіяв з полем.
Вимірюючи поля навколо наночастинок платини, Муракамі та його колеги визначили кількість «зайвих» або «відсутніх» електронів, пов’язаних з ними. Їхні вимірювання показали, що наночастинка може отримати або втратити десь від одного до шести електронів.
Дослідники кажуть, що механізм заряджання платини включає різницю в роботах виходу (енергія, необхідна для повного відводу електрона з поверхні металу) платини та діоксиду титану (TiO2). Ця різниця залежить від орієнтації наночастинок на TiO2 і спотворення кристалічної решітки.
Зниження механічних і електричних шумів
Центральним елементом досягнень дослідників стала низка вдосконалень голографічного мікроскопа з атомною роздільною здатністю 1.2 МВ, розробленого та експлуатованого Hitachi. Цей інструмент зменшує механічні та електричні шуми, а потім обробляє дані для подальшого виділення сигналу з шуму, пояснює Муракамі.
Квантова голографія відображає об'єкти з невиявленим світлом
«Високоточна електронна голографія може бути застосована для передових досліджень фізики конденсованих середовищ, неорганічної хімії, включаючи каталіз, спінтронних/напівпровідникових пристроїв, нових типів батарей та інших предметів, у яких необхідний комплексний аналіз електромагнітного поля», — сказав він. розповідає Світ фізики.
У цьому дослідженні, яке детально описано в наука, дослідники виміряли заряд окремих наночастинок у вакуумі. Проте в майбутньому вони сподіваються повторити свої експерименти в газовому середовищі. «Такі дослідження відображатимуть умови, в яких використовуються робочі каталізатори», — каже Муракамі.
