英國曼徹斯特大學的研究人員，世界首次成功拍攝了溶解在王水中白金原子在溶液中漂浮和移動的過程！！到目前為止，已經使用了很多方法來可視化單個原子，但這項研究是世界上首例成功地可視化溶解在溶液中的原子。這項研究還首次直觀地觀察了溶解在溶液中的原子如何與固體表面相互作用，表明溶液外側的原子比溶液內側的原子移動得更快，這是新的認知。研究人員表示，在原子水平上了解溶解在溶劑中的溶質運動，將推動我們對電池中的化學反應和細胞內其他生物現象的理解提升到一個新的水平。
該研究的詳細信息於2022 年 7 月 27 日發表在《nature》。
詳細請參閱：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05130-0
例如， Binnig 及其同事發明STM 後，幾個研究小組認為，通過調整施加在 STM 探針上的電壓，原子可以移入和移出探針。1990 年，IBM 的 Eigler 等人使用 STM 在帶有 Xe 原子的 Ni 表面上寫下了公司名稱(圖1)。
圖1.該技術將35個氙原子排列成「IBM」形狀在鎳基板上，
是第一個在平面上精確排列原子的例子。
例如，德國烏爾姆大學Ute Kaiser教授和英國諾丁漢大學Andrei Khlobystov教授領銜的國際研究團隊成功觀測到原子鍵合成分子的畫面(圖2)。https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aay5849
圖2.觀測到原子鍵合成分子的畫面
以及，康奈爾大學的研究人員以創紀錄的分辨率看到原子的搖擺。https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg2533
nature.com/articles/s41467-021-25932-6
然而，為了獲得這些研究中顯示的原子分辨率，是要測量從電子顯微鏡發射的電子束如何與目標物品進行相互作用。在沒有任何東西阻擋目標原子的真空環境中，觀察是沒有問題。然而，當目標原子溶解在溶液中時，電子束會發生散射，無法獲得準確的圖像數據。有人可能會懷疑，用肉眼檢查每個原子的運動是否有意義。然而，納米技術和量子生物學的最新進展已經清楚地表明，局部原子運動對化學反應和生物現象具有重大影響。這是因為在納米世界中，原子的神秘行為已經被闡明，這些行為無法用粗略的模型圖或簡單的反應公式來描述。因此，如果所有的化學反應和生命現象都可以用原子級的分辨率來理解，那麼一場真正的納米技術革命將會發生。【用最先端材料在「三明治」』結構中追逐溶解的白金原子】
因此，曼徹斯特大學的研究人員開始觀察溶解在溶液中的原子的個體運動。為了進行研究，將溶解在王水中的白金溶液夾在上下都是石墨烯層之間，通過將溶液（王水）和原子（白金）封裝在石墨烯薄片中，可以抑制電子散射並提高觀察精度，就像顯微鏡的超薄載玻片一樣(圖3)。
圖3. 三明治(石墨烯，王水，石墨烯)封裝溶解在王水中的白金
此外，這一次，在石墨烯層之間的中心放置了一層二硫化鉬。它旨在研究溶液中的白金原子在不同元素組成的固體表面究竟會有怎樣的舉動。有人可能想知道是否值得費心去研究，諸如溶液中的原子如何與固體表面相關的相互作用。但是，這種相互作用，真的沒有被觀測到過。一旦準備工作完成，研究人員將立即使用透射顯微鏡開始觀察。
圖4. 正在游泳的白金原子
然後，如圖4所示，研究小組成功確認白金原子在溶液中四處遊動。他還研究了原子與固體表面之間的相互作用，發現溶液外側的原子比溶液內側的原子移動得更快。他們認為，環境中溶液的存在是加速白金原子移動的一個重要因素。此外，發現溶液的存在加速了鉑原子的擴散並影響它們在固體表面上的沉降和停留位置(圖5)。
圖5.Left panel contains drift corrected ADF STEM image series showing motion of a single Pt adatom on MoS2 lattice in water.Middlepanel shows 『enhanced』 image after template matching and reconstruction process. Right panel shows inferred atomic positions and the path traced by the Pt adatom. Pt atom trajectory is shown with a colourscale from blue (start) to green, yellow, orange then red.
這一結果表明，溶液的存在對原子與固體表面的相互作用有很大的影響。事實證明，當石墨烯夾層置於真空中時，溶液中原子的行為會因壓力變化而有所不同。因此，研究人員表示，在現有真空條件下獲得的原子行為可能不一定與現實世界中的相同。(勇於承認自己實驗中不完美的地方，點讚！！！)在這項研究中，我們能夠了解原子的獨特運動，這是迄今為止無法測量的。許多電池（包括燃料電池）中使用的化學反應，是通過溶解在溶液中的原子引起的反應進行的。因此，如果我們能夠了解溶液對原子行為，就有可能引起現有技術不可能發生的化學反應，並了解未知的生命現象。研究人員表示，這項研究的結果也將是改進電解水制氫工藝的有益發現。如果所有反應都能達到原子級分辨率，那麼繼工業革命和IT革命之後，可能會出現一場將人類科學水平提升到一個新維度的納米技術革命。催化技術交流微信群
加微信群方式：添加編輯微信18065920782，備註：姓名-單位-研究方向（無備註請恕不通過），由編輯審核後邀請入群。
熱催化學術QQ群：741409795
光催化學術QQ群：582590624
電催化學術QQ群：1025856252
均相催化與酶催化QQ群：871976131
多孔材料學術QQ群：813094255
同步輻射丨球差電鏡丨FIB-TEM
原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
加急測試
李老師
學研匯技術經理
158 27323927
官方網站：www.xueyanhui.com
留言列表