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          微观影片所揭示意想不到的光化学反应

          研究人员重新装备电子显微镜进行研究单个纳米粒子可能的不可能完成的任务。

          该实验的成功显示了研究光与物质相互作用的个人潜力。 |亚历山大bedrin /盖帝图像

          当米哈尔沃道伊的实验工作是第一次,她跳出了她的座位。

          沃道伊,在申博体育的博士后研究员,曾花了几个月的设计和故障排除的新工具,可以极大地扩展在先进的显微镜的能力 申博体育纳米共用设施。尽管从显微镜社区沉重的怀疑,她和她的同事研究人员试图光镜和透射电镜,如果成功,将揭示单个粒子进行光活化反应之间的联盟。

          “我不能强调这是多么令人兴奋,使其工作的第一次。这是一个巨大的技术挑战,”沃道伊,谁在说 实验室 的 珍妮弗·迪翁材料科学与工程副教授。 “我们第一次得到的实验结果的开始,我们高声叫喊。这是非常,非常令人兴奋的,我们可以看到和控制发生了什么事,以这种纳米粒子光。”

          该研究发表十一月7在自然界中的通信,集中在光催化剂反应,其中来自可见光能启动在钯纳米立方体的化学反应。每个立方体的是,每边约30纳米 - 感冒病毒的大致规模。

          科学家们知道了很多关于基于大集团的纳米粒子光催化,但新技术可以让研究人员研究了单独的纳米颗粒发生什么。超越光催化,这种技术可能有一天会被用于研究几乎任何光线的互动,并与约2纳米,甚至包括那些发生在活细胞的分辨率无所谓。

          仔细怀抱纳米立方体

          透射电子显微镜通过材料的薄切片电子喜气洋洋形成图像。该过程揭示了结构复杂的细节,但它不允许科学家观察材料,因为它们在不同光照条件下变化,如光受体在眼内,在太阳能电池中使用的材料或如在此情况下,纳米立方体钯用于催化。新设置融合了电子显微镜的光镜的颜色分辨率。

          “这篇论文的最大成就之一,就是技术本身,”迪翁说。 “我们带来的各种‘颜色’的电子显微镜的光。我们的测量是直接的 - 一个可以明显看到光化学反应,因为它在纳米粒子内展开“。

          新的技术涉及向其中加载的样品定制设计的试样保持器。围绕该被反射镜聚焦从两根光纤的光与用于电子束的间隙。整个设计必须适应在非常有限的空间:在显微镜一个5毫米的间隙。

          测试设置中,研究人员泵送的样品与氢室。通过电子显微镜看,它们可以确认钯纳米立方体改变其相位,因为它充满了氢气。该实验构造成使得纳米立方体将留在该氢填充的阶段,直到研究人员打开灯。一旦照明系统,他们看着水状波在通过颗粒摆好流动 - 氢离开钯。这是用电子显微镜的跳换喜悦值得成功观察的基于光的反应。

          个体差异

          纳米粒子往往会产生和研究大量涌现,这意味着我们知道它们的尺寸,形状或位置不同 - 但我们不太了解这些变化如何影响性能。

          “如果你真的要潜下到发生了什么事的基础物理,你需要看的单个粒子,因为我们知道个体差异问题,”说沃道伊。 “它就像一个谜,你必须得好好看看一个线索能够解决。”

          最初的实验主要是为了表明,该技术可以工作,但还是透露一些新的关于纳米立方体。为一体,该反应发生在光的速度比在黑暗中10倍。研究人员还可以看到如何反应的每一个步骤 - 氢离开纳米立方体,纳米立方体的重新排列的晶格结构 - 由不同波长的光的影响。

          这也证明,最接近于吸光区的纳米立方体的角落 - 在这种情况下,附近的金盘 - 是最活泼的。了解如何以及为什么会发生可能允许基于催化剂几何形状的产品选择性反应。

          这个概念证明的成功,该实验室是下一个步骤。例如,研究人员的目标是添加光谱的功能,这意味着它们可以为了分析更详细地评估化学从这些反应所产生的光。

          “如果你在谈论一个粒子,通常要争取看到这些微弱的信号,”沃道伊说。 “展望未来,这将是一个完整的,你可以用它来研究光的相互作用,并在实时纳米级事项,在非常高的分辨率,在单粒子级工具套件。”