Atom-Atom交互的动态实时成像

化学是研究原子间键的形成(或分离)。化学键的形式是怎样的知识,事实上,不是所有的化学的基础也是材料科学领域。然而,传统的化学在很大程度上局限于稳定的化合物的研究。动态组装的研究原子间的化学反应中却没有得到足够关注。与最近的计算化学的进步,然而,动态的、短暂的结构获得的重要性。实验观察和描述的动态结合预测之间的原子,如金属二聚体的形成,可以打开新的化学和材料科学的研究前沿。

然而,观察这个键动力学的发展还需要一个新的方法。这是因为传统的表征技术只提供一个时间上的结构性信息,因此,观察债券不足形成的。

在这样的背景下,来自日本的研究人员由副教授Takane Imaoka从东京理工学院(日本技术)已经提供了一个巧妙的解决方案。在他们的研究发表在自然通讯,团队结合的视频跟踪和技术称为“环形暗场扫描透射电子显微镜(ADF-STEM)来执行序列成像不同金属原子的相互作用。这使他们能够直接观察到瞬态结构造成的装配两个类似的原子(homo-metallic二聚体),两种不同的原子(hetero-metallic二聚体)和三种不同的原子(hetero-metallic三)。

黄金的团队开始沉积原子的原子(Ag)银(Ag)和铜(铜)石墨烯nanoplate使用一个方法称为“电弧等离子体沉积。“以确保足够的孤立的单个原子,沉积仅限于大约0.05 - -0.015层和高倍率观察进行石墨烯基板的平面区域。

“原子的元素识别可用的实时跟踪移动原子,而ADF-STEM允许原子电子剂量下观察。这帮助我们避免高电流密度通常所需的单原子分析,这可能会导致材料损伤,”Imaoka博士解释道。

此外,ADF-STEM成像显示精度极高的原子歧视,从Au-Ag Au-Cu年利率为99.9%对98.7%。其他的搭配也表现出类似水平的歧视。此外,团队也能够观察Au-Ag-Cu,极其短暂的hetero-metallic三聚物。

“虽然我们的快照没有完全同意理论预测的结构计算,观察中的元素之间的平均键长度与计算,结构是在良好的协议“Imaoka博士说。

卓越的研究发现可能导致纳米科学的快速发展,金属集群和subnanoparticles获得的特征的重要性,在这个过程中,打开大门,一个全新的领域。

参考:Inazu M, Akada Y, Imaoka T, et al。动态hetero-metallic焊接顺序原子成像可视化。Nat Commun。2022;13 (1):2968。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 30533 - y

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