Wir lieben immer ein gutes saubere Energie Durchbruchgeschichte. Von verbessert Lagerung zu bakteriengetriebene Cleantech Wissenschaftler sind ständig damit beschäftigt, saubere Energietechniken und -entwicklungen zu untersuchen.
Dieser jüngste Durchbruch ist uns jedoch besonders aufgefallen, weil es sich um eine Chemie handelt, die mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.
Eine Mischung aus Metallen
Bereits 2017 erhielten Joachim Frank, Richard Henderson und Jacques Dubochet den Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung einer biologischen Technik, die als "Einzelpartikelrekonstruktion" bekannt ist. Diese elektronenmikroskopische Technik wurde zu dieser Zeit verwendet, um nur die Strukturen von Viren aufzudeckenund Proteine.
Jetzt ein Team an der Universität von Manchester in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Oxford und der Macquarie University angepasst haben die Technik, die zum ersten Mal für eine Mischung von Metallen angewendet wird.
Das Ergebnis ist eine Chemie im atomaren Maßstab in Metallnanopartikeln, die Materialien erzeugt, die ideale Katalysatoren für Energieumwandlungssysteme sind. Die hergestellten Partikel haben eine sternförmige Geometrie, bei der ihre Kanten nun unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen können. Diese chemischen Eigenschaften können dann angepasst werden, um die Kosten zu senkenvon Batterien und Katalysatoren.
3D-Bildgebung erreicht
Was die Wissenschaftler effektiv erreicht haben, ist die Möglichkeit um verschiedene Elemente wie Metallnanopartikel im Nanometerbereich in 3D abzubilden, ohne sie zu beschädigen. Metallnanopartikel sind die Hauptkomponenten in vielen Katalysatoren. Tatsächlich hängt die Wirksamkeit dieser Katalysatoren stark von den Strukturen dieser Nanopartikel ab.
Aufgrund ihrer winzigen Struktur sind jedoch Elektronenmikroskope erforderlich, um sie richtig abzubilden. Bisher war die meiste Bildgebung auf 2D-Projektionen beschränkt, da die kleinen Partikel durch 3D-Bildgebung beschädigt würden.
"Wir untersuchen seit einiger Zeit die Verwendung der Tomographie im Elektronenmikroskop, um Elementverteilungen in drei Dimensionen abzubilden", sagte Professor Sarah Haigh von der School of Materials der University of Manchester.
"Wir drehen normalerweise die Partikel und nehmen Bilder aus allen Richtungen auf, wie bei einem CT-Scan in einem Krankenhaus. Diese Partikel wurden jedoch zu schnell beschädigt, um ein 3D-Bild aufzubauen. Biologen verwenden einen anderen Ansatz für die 3D-Bildgebung und wirbeschlossen zu untersuchen, ob dies zusammen mit spektroskopischen Techniken verwendet werden kann, um die verschiedenen Elemente in den Nanopartikeln abzubilden. "
"Wie bei der 'Einzelteilchenrekonstruktion' funktioniert die Technik, indem viele Teilchen abgebildet werden und angenommen wird, dass sie alle in ihrer Struktur identisch sind, jedoch in unterschiedlichen Ausrichtungen relativ zum Elektronenstrahl angeordnet sind. Die Bilder werden dann in einen Computeralgorithmus eingespeist, der eine Drei ausgibt-dimensionale Rekonstruktion. "
Die Forscher haben ihre erste Studie aus gutem Grund der Untersuchung von Platin-Nickel Pt-Ni -Metall-Nanopartikeln gewidmet.
"Nanopartikel auf Platinbasis sind eines der effektivsten und am weitesten verbreiteten katalytischen Materialien in Anwendungen wie Brennstoffzellen und Batterien. Unsere neuen Erkenntnisse über die lokale chemische Verteilung in 3D könnten Forschern helfen, bessere Katalysatoren zu entwickeln, die kostengünstig und hoch sind-Effizienz ", erklärte der Hauptautor Yi-Chi Wang, ebenfalls von der School of Materials.
Ihre Arbeit ist jedoch noch nicht abgeschlossen und die Forscher hoffen, ihren Prozess nicht nur zu automatisieren, sondern ihn auch in allen Arten von Fällen alternativer Energie einzusetzen.
"Wir wollen unseren 3D-Workflow für die chemische Rekonstruktion in Zukunft automatisieren", fügte der Autor Dr. Thomas Slater hinzu.
"Wir hoffen, dass es eine schnelle und zuverlässige Methode zur Abbildung von Nanopartikelpopulationen bietet, die dringend benötigt wird, um die Optimierung der Nanopartikelsynthese für weitreichende Anwendungen wie biomedizinische Sensorik, Leuchtdioden und Solarzellen zu beschleunigen."
Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Nano-Buchstaben.