(PhysOrg.com) -- Wat als je de hele hooiberg in naalden zou kunnen veranderen? In plaats van op één item te jagen, je zou 10 miljard van de gewenste items netjes voor je hebben liggen. Dat hebben onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory gedaan voor wetenschappers die nanodeeltjes analyseren. Met behulp van de ion-zachte landingstechniek die is ontwikkeld bij PNNL, de wetenschappers bereidden een homogene, contaminant-vrij monster van gouden clusters, kleine deeltjes die elk uit 11 goudatomen bestaan. Het team analyseerde vervolgens de monsters in de nieuwe aberratie-gecorrigeerde transmissie-elektronenmicroscoop of TEM bij EMSL.

"Dit is een veelbelovende aanpak voor de voorbereiding van TEM-monsters, " zei dr. Julia Laskin, een fysisch chemicus bij PNNL die het onderzoek leidde.

Rond de wereld, wetenschappers gebruiken TEM om gedetailleerde gegevens te verkrijgen over de structuur van nieuwe katalysatoren en andere materialen. Een voorbeeld is goud, die zeer reactieve en uitstekende katalysatoren kunnen zijn in de vorm van nanodeeltjes. Echter, de TEM-analyse kan de onderzochte deeltjes ter grootte van een subnanometer vernietigen. Dus, wetenschappers moeten voortdurend door conventionele heterogene monsters jagen om meer van de deeltjes te vinden die ze willen analyseren. Met behulp van de ion-zachte landingstechniek voor monstervoorbereiding, wetenschappers klaren de klus sneller omdat alle 10 miljard deeltjes hetzelfde zijn.

"TEM is de werkpaardtechniek voor het karakteriseren van kleine deeltjes, " zei dr. Grant Johnson, een fysisch chemicus bij PNNL en de eerste Linus Pauling Distinguished Postdoctoral Fellow. "Dit is een manier om dat waardevolle proces gemakkelijker te maken."

Het onderzoeksteam richtte zich op 11-atoom goudclusters. Goudclusters hebben chemische en fysische eigenschappen die sterk afhankelijk zijn van de grootte. Het verwijderen of toevoegen van een atoom kan de structuur en het gedrag van de clusters sterk veranderen, die van belang zijn voor wetenschappers vanwege hun potentieel om materialen te creëren met nieuwe chemische, magnetische of optische eigenschappen. Thomas priester, een DOE Science Undergraduate Laboratory stagiair, de clusters gesynthetiseerd, het creëren van een rood-oranje oplossing. Het syntheseproces genereert flesjes vol vloeistof, vol met gouddeeltjes van verschillende groottes.

Johnson heeft de oplossing vervolgens met elektrospray in een unieke, op maat gemaakte massaspectrometer bij EMSL gespoten die speciaal is ontworpen voor zachte landingen van ionen. De elektrospray zet de goudclusters in de vloeistof om in ionen in een gasstroom. Vervolgens stemde hij de massaspectrometer af om de gewenste clusters te selecteren:de 11 goudatoomionen. De ionen werden vervolgens voorzichtig met gecontroleerde energie op een monsterrooster afgezet.

Dr. Chongmin Wang pakte toen het met monsters beladen rooster op en bracht het naar een ander laboratorium met daarin de elektronenmicroscoop. Wang was in staat om beelden van de clusters te verkrijgen, waardoor ze hun grootte bepalen, dat was 0,8 nanometer, en hun homogeniteit bevestigen.

Johnson en leden van Laskin's team bestuderen nu hoe de structuur van deze kleine clusters verandert wanneer verschillende aantallen goudatomen worden gebruikt om de cluster te vormen. Bijvoorbeeld, hoe verandert de structuur wanneer 8 goudatomen in het cluster aanwezig zijn versus 6?