Новый метод позволяет отследить катализ отдельных наночастиц

 


Ученые из Корнельского Университета (Cornell University) разработали метод, позволяющий наблюдать поведение отдельных наночастиц при нанокатализе с высоким разрешением.

Результаты, полученные учеными, показали, что не все наночастицы ведут себя одинаково в каталитических реакциях. Оказалось, что скорости катализа у наночастиц изменяются со временем, что было установлено учеными.

Проблемы катализа очень интересуют специалистов в области химии и энергетики. Именно нано-катализаторы сыграют большую роль в развитии топливных элементов, удалении вредных веществ и химическом производстве.

Оказалось, что вещества, не обладающие каталитической природой в «макроскопическом виде», приобретают ее, становясь наночастицами. Понимание механизмов возникновения катализа поможет исследователям создать новые виды химических реагентов.

Профессор химии из Корнелла Пен Чен (Peng Chen) поясняет, что катализ с помощью наночастиц протекает в динамике, и подробности этого процесса как раз удалось установить. Чену и его коллегам удалось даже снять видеозапись с дискретностью 30 миллисекунд/кадр, что до сих пор было трудно достижимо.

Эксперимент базировался на сферических золотых наночастицах диаметром 6 нм, закрепленных на стеклянной подложке. Их омывал раствор с красителями, которые, при воздействии с наночастицами, переходили во флуоресцентную форму. Эти превращения исследователи смогли наблюдать и записывать с помощью микроскопа, фокусирующегося на плоскости, в которой протекала реакция.

Молекула краски прикреплялась к наночастице, с высвобождением атома кислорода, вызывая новую флуоресцентную форму молекулы. Благодаря высокому разрешению микроскопа и флуоресцентным вспышкам, ученые смогли детектировать отдельные каталитические события, происходящие с единичными наночастицами!

Как оказалось, не все наночастицы имеют идеальную сферическую форму, поэтому нанокатализ протекает по разным схемам. На наночастицах молекулы краски освобождаются, не меняя свое пространственное расположение, на других – перемещаются перед тем, как «отцепиться» от поверхности.

Места реакции на поверхности наночастиц также изменяются со временем. Это вызвано реструктуризацией золотой поверхности катализатора после нескольких реакций. Поэтому последующие превращения протекают на «старых местах» на поверхности наночастицы медленнее, а на новых – быстрее.

Время реструктуризации золотой поверхности, определенное учеными, довольно велико – от десяти до сотни секунд.

В будущем, Чен и его коллеги планируют «записать» другие каталитические реакции, но уже с использованием не иммобилизованных наночастиц в растворе.


Источник: NanoNewsNet