Исследователи из Сеульского национального университета инженерного колледжа во главе с профессором Джонгвон Парком, при поддержке программы развития будущих технологий Samsung, разработали прорывной метод, позволяющий получать трехмерные изображения атомных перестроек отдельных наночастиц в жидкой среде в режиме реального времени.
Новая методика, названная временной томографией броуновского движения, использует принцип графеновой жидкостной ячейки в электронной микроскопии TEM для сбора данных с различных ракурсов, что позволяет реконструировать динамичное трехмерное строение наночастиц.
Разработка данного подхода позволяет преодолеть ограничения традиционных методов, таких как классическая TEM и спектроскопические техники, работающие в условиях вакуума или обеспечивающие лишь усреднённое изображение множества частиц. Сходный прорыв произошел в изучении белковых структур методом крио-ТEM, за достижения которого в 2017 году была вручена Нобелевская премия по химии.
Предшествующее исследование команды, получившее внимание благодаря публикации «Brownian tomography» на обложке журнала Science в 2020 году, продемонстрировало возможность трехмерной визуализации наноструктур в растворе. Новый этап исследований существенно повышает временное разрешение, позволяя отслеживать изменения атомных позиций в динамике.
Особое внимание уделено детальному изучению поведения наночастиц платины в процессе химической эрозии. В ходе экспериментов были зафиксированы процессы отщепления атомов, их перестановка и повторное присоединение, а также обнаружена высокодисперсная фаза, возникающая при уменьшении размеров кристаллов до примерно 1 нм, что бросает вызов традиционному представлению об упорядоченности атомных решеток платины.
Новый метод открывает возможности для анализа трехмерной эволюции структуры различных наноматериалов под воздействием химических факторов, таких как изменение напряжения или состава реактивного раствора, что имеет решающее значение для разработки высокоэффективных катализаторов, например, на основе наночастиц платины для экологически чистых водородных технологий.
Эксперты отмечают, что временная томография броуновского движения становится логическим продолжением достижений крио-ТEM и предыдущих результатов, опубликованных в Science. Профессор Джонгвон Парк подчеркивает, что данная методика способна существенно углубить понимание сложных реакционных механизмов в топливных элементах, катализаторах для конверсии CO₂ и литий-ионных батареях, а главный автор исследования, Сунгсу Кан, отметил возможность прямой визуализации динамических процессов на атомном уровне.
Результаты исследования, опубликованные 29 января в журнале Nature Communications, открывают новые перспективы для фундаментального и прикладного развития нанонауки и материаловедения, способствуя созданию материалов нового поколения, обладающих уникальными характеристиками.
Изображение носит иллюстративный характер
Новая методика, названная временной томографией броуновского движения, использует принцип графеновой жидкостной ячейки в электронной микроскопии TEM для сбора данных с различных ракурсов, что позволяет реконструировать динамичное трехмерное строение наночастиц.
Разработка данного подхода позволяет преодолеть ограничения традиционных методов, таких как классическая TEM и спектроскопические техники, работающие в условиях вакуума или обеспечивающие лишь усреднённое изображение множества частиц. Сходный прорыв произошел в изучении белковых структур методом крио-ТEM, за достижения которого в 2017 году была вручена Нобелевская премия по химии.
Предшествующее исследование команды, получившее внимание благодаря публикации «Brownian tomography» на обложке журнала Science в 2020 году, продемонстрировало возможность трехмерной визуализации наноструктур в растворе. Новый этап исследований существенно повышает временное разрешение, позволяя отслеживать изменения атомных позиций в динамике.
Особое внимание уделено детальному изучению поведения наночастиц платины в процессе химической эрозии. В ходе экспериментов были зафиксированы процессы отщепления атомов, их перестановка и повторное присоединение, а также обнаружена высокодисперсная фаза, возникающая при уменьшении размеров кристаллов до примерно 1 нм, что бросает вызов традиционному представлению об упорядоченности атомных решеток платины.
Новый метод открывает возможности для анализа трехмерной эволюции структуры различных наноматериалов под воздействием химических факторов, таких как изменение напряжения или состава реактивного раствора, что имеет решающее значение для разработки высокоэффективных катализаторов, например, на основе наночастиц платины для экологически чистых водородных технологий.
Эксперты отмечают, что временная томография броуновского движения становится логическим продолжением достижений крио-ТEM и предыдущих результатов, опубликованных в Science. Профессор Джонгвон Парк подчеркивает, что данная методика способна существенно углубить понимание сложных реакционных механизмов в топливных элементах, катализаторах для конверсии CO₂ и литий-ионных батареях, а главный автор исследования, Сунгсу Кан, отметил возможность прямой визуализации динамических процессов на атомном уровне.
Результаты исследования, опубликованные 29 января в журнале Nature Communications, открывают новые перспективы для фундаментального и прикладного развития нанонауки и материаловедения, способствуя созданию материалов нового поколения, обладающих уникальными характеристиками.
