El objetivo de caracterizar los catalizadores metálicos soportados es realizar un análisis por partícula del estado de carga estrechamente relacionado con la actividad catalítica.
Científicos japoneses ahora han contado las cargas adicionales o perdidas en una sola nanopartícula de platino con un diámetro de apenas una centésima parte de un virus típico.
dirigió Universidad de Kyushu y Hitachi, Ltd., el equipo de investigación logró esta hazaña de conteo extremo a través de mejoras de hardware y software que aumentaron diez veces la sensibilidad de una tecnología llamada holografía de electrones.
La holografía electrónica utiliza propiedades similares a las ondas de electrones para examinar campos eléctricos y magnéticos, en contraste con la microscopía electrónica de transmisión, que utiliza un haz de electrones para analizar materiales hasta nivel atómico.
Cuando un electrón interactúa con campos, su onda sufre un cambio de fase que se puede ver al compararla con la onda de referencia de un electrón no afectado.
En este nuevo estudio, los científicos enfocaron sus microscopios en nanopartículas de platino individuales en la superficie del óxido de titanio. En promedio, las nanopartículas de platino tienen solo 10 nanómetros de diámetro, tan pequeñas que se necesitan alrededor de 100,000 para estirarse a un milímetro.
Ryotaro Aso, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Kyushu y primer autor del artículo de investigación en la revista Science, dijo: Si bien cada partícula contiene unas pocas decenas de miles de átomos platinoAgregar o quitar uno o dos electrones cargados negativamente provoca cambios significativos en el comportamiento de los materiales como catalizadores».
Al medir los campos alrededor de las nanopartículas de platino, que varían según el desequilibrio de las cargas positivas y negativas en la partícula, en un entorno sin aire, los investigadores pueden determinar cuántos electrones adicionales o faltantes forman los campos.
aso dijo, Entre los millones de cargas positivas protones Y los electrones cargados negativamente se equilibran entre sí en nanopartículas, podemos decir con éxito si la cantidad de protones y electrones difiere solo en uno. «
“Aunque los campos son demasiado débiles para ser observados con técnicas convencionales, los investigadores aumentaron la sensibilidad usando un microscopio de resolución atómica 3D de 1,2 megavoltios desarrollado y operado por Hitachi para reducir el ruido mecánico y eléctrico, y procesando los datos para separarlos del ruido. más, y finalmente usar los resultados para confirmar sus hallazgos.
El método de procesamiento de señales, iniciado por Yoshihiro Midoh de la Universidad de Osaka, uno de los coautores de la investigación, utilizó el llamado modelo de Markov oculto de ondículas (WHMM) para reducir el ruido sin eliminar las señales muy débiles de interés.
Los científicos pueden determinar el estado de carga de cada nanopartícula y correlacionar las diferencias en el número de electrones, que van de uno a seis, con los cambios en la estructura cristalina de la nanopartícula.
Yasukazu Murakami, profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Kyushu y supervisor del equipo de Kyushu Yu, Él dijoY el «Al combinar los avances en dispositivos de microscopía y procesamiento de señales, podemos estudiar el fenómeno a niveles cada vez más pequeños».
“En esta primera demostración, medimos la carga de una sola nanopartícula en el vacío. En el futuro, esperamos superar los desafíos que nos impiden realizar las mismas mediciones en presencia de gas para obtener información en entornos más cercanos a las aplicaciones reales. «
Referencia de la revista:
- Ryotoaro Aso et al. Determinación directa del estado de carga en una sola nanopartícula de platino sobre óxido de titanio. Ciencias. DOI: 10.1126 / Ciencias. abq5868
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