计算单个电子电荷可以改进纳米粒子催化剂

铂纳米粒子有多少电荷？ 由于改进了高精度电子全息技术，现在可以通过直接计算电荷来回答这个问题，精确到单个电子的水平。 这项技术由九州大学和日本日立有限公司的研究人员开发，可以帮助科学家创造出更高效的催化剂。

从纳米颗粒中去除一两个负电荷可以显着改变其作为催化剂的行为。 出于这个原因，确定金属氧化物表面上单个纳米粒子的电荷状态是催化剂工程的一项重要任务，团队负责人解释说 村上康和, 量子材料科学家 九州. 问题是目前的技术，如 X 射线光电子能谱，只能提供许多纳米粒子的平均电荷信息。

电子全息

在这项新工作中，研究人员使用电子全息术（一种透射电子显微镜）直接识别铂纳米粒子在二氧化钛表面产生的静电势——一种经常用作催化剂以加速化学反应的材料组合. 在电子全息术中，与电场和磁场相互作用的电子会在电子波函数中产生相移，然后可以通过将其与未与场相互作用的参考电子进行比较来识别。

通过测量铂纳米粒子周围的场，Murakami 及其同事确定了与之相关的“额外”或“缺失”电子的数量。 他们的测量表明，纳米粒子可以在 XNUMX 到 XNUMX 个电子之间的任何位置获得或失去。

研究人员表示，铂充电背后的机制涉及铂和二氧化钛 (TiO₂). 这种差异取决于纳米粒子在 TiOXNUMX 上的取向₂ 和晶格的畸变。

减少机械和电气噪音

研究人员取得成就的一个核心要素是对日立开发和运营的 1.2 MV 原子分辨率全息显微镜进行了一系列改进。 Murakami 解释说，该仪器降低了机械和电气噪声，然后处理数据以进一步从噪声中梳理出信号。

“高精度电子全息术可应用于凝聚态物理、无机化学（包括催化）、自旋电子/半导体器件、新型电池和其他需要全面电磁场分析的学科的前沿研究，”他说告诉 物理世界.

在这项研究中，详细说明 科学, 研究人员在真空中测量了单个纳米粒子的电荷。 然而，未来他们希望在气体环境中重复他们的实验。 “此类研究将反映使用工作催化剂的条件，”村上说。