(PhysOrg.com) -- Wetenschappers kunnen nu in de innerlijke werking van katalysator-nanodeeltjes kijken 3, 000 keer kleiner dan een mensenhaar binnen nanoseconden. De bevindingen wijzen de weg naar toekomstig werk dat de efficiëntie van de katalysator aanzienlijk zou kunnen verbeteren in een verscheidenheid aan processen die cruciaal zijn voor de energiezekerheid van de wereld, zoals aardoliekatalyse en op katalysatoren gebaseerde groei van nanomaterialen voor oplaadbare batterijen van de volgende generatie.

Het werk werd uitgevoerd in een gezamenlijke inspanning van het Lawrence Livermore National Laboratory en de University of California in Davis.

Met behulp van een nieuwe beeldvormingstechniek op de dynamische transmissie-elektronenmicroscoop (DTEM) van Lawrence Livermore, onderzoekers hebben een ongekende ruimtelijke en temporele resolutie bereikt in single-shot beelden van nanodeeltjeskatalysatoren.

De DTEM gebruikt een lasergestuurde fotokathode om korte pulsen van elektronen te produceren die in staat zijn om elektronenmicrofoto's op te nemen met een belichtingstijd van 15 nanoseconden. De recente toevoeging van een ringvormig donkerveld (ADF)-opening aan het instrument heeft het vermogen om afbeeldingen van nanodeeltjes met een diameter van slechts 30 nanometer in de tijd op te lossen aanzienlijk verbeterd.

"Nanodeeltjes van deze grootte zijn van cruciaal belang voor een breed scala aan katalytische processen die van groot belang zijn voor onderzoekers op het gebied van energie en nanotechnologie, ” zei Dan Masiel van UC Davis, voorheen van LLNL en hoofdauteur van een artikel dat in het tijdschrift verschijnt, ChemPhysChem. "Tijdsopgeloste beeldvorming van dergelijke materialen zal een ongekend inzicht geven in de dynamiek van hun gedrag."

Eerder, deeltjes kleiner dan 50 nanometer konden niet worden opgelost in de belichting van 15 nanoseconden vanwege het beperkte signaal en het lage contrast zonder ADF-diafragma. Maar door de ADF van DTEM te gebruiken, bijna elk deeltje van 50 nanometer en veel deeltjes van 30 nanometer werden duidelijk zichtbaar vanwege de snelle tijdresolutie en het hoge contrast.

"Het grote verschil tussen deze twee afbeeldingen toont duidelijk de werkzaamheid aan van jaarlijkse donkerveldbeeldvorming bij het afbeelden van monsters met functiegroottes in de buurt van de resolutielimiet van DTEM, ' zei Masiel.

De nieuwe techniek maakt het gemakkelijker om belangrijke kenmerken te onderscheiden in vergelijking met gepulseerde helderveld-beeldvorming. Het zorgt voor een enorm verbeterd contrast voor kleinere deeltjes, verbreding van het scala aan katalysatorsystemen die met DTEM kunnen worden bestudeerd.

DTEM kan beelden opnemen met zes orden van grootte hogere temporele resolutie dan conventionele TEM en kan belangrijke inzichten verschaffen in processen zoals fasetransformaties, chemische reacties en groei van nanodraad en nanobuisjes.

Co-auteurs zijn onder meer Bryan Reed van LLNL, Thomas LaGrange, Geoffrey Campbell, Ting Guo en Nigel Browning. Het werk werd gefinancierd door het Department of Energy's Office of Science, Bureau voor basisenergiewetenschappen, Afdeling Materiaalwetenschappen en Engineering.

Het artikel verschijnt in de online editie van 27 mei van: ChemPhys Chem .