Chemische beeldvorming van oppervlakken is van cruciaal belang om de relaties tussen structurele, chemische en functionele eigenschappen in disciplines die zich uitstrekken over de chemische, materiaal- en biologische wetenschappen. Conventionele methoden voor chemische analyse worden doorgaans beperkt door beperkingen van lage gevoeligheid, ruimtelijke resolutie op microschaal, vreemde etikettering, hoog vacuüm en vernietiging van de onderzochte monsters.

Wetenschappers van NPL en de Universiteit Utrecht hebben het vermogen aangetoond van een nieuwe analytische techniek genaamd tip-enhanced Raman spectroscopie (TERS), die de beperkingen van conventionele analytische methoden overwint en labelvrije en niet-destructieve chemische beeldvorming op nanoschaal biedt, in zowel lucht- als vloeistofomgevingen. Om deze techniek op grotere schaal toe te passen, verschillende praktische uitdagingen moesten worden overwonnen en een robuust proces werd ontwikkeld om reproduceerbare en overtuigende resultaten mogelijk te maken. Dit werd in de loop van een aantal jaren bereikt en nu kunnen de wetenschappers TERS met succes gebruiken om enkelwandige koolstofnanobuizen te karakteriseren, polymeer dunne films, zelf-geassembleerde monolagen van organische moleculen, structurele defecten op nanoschaal in enkellaags grafeen, reacties in heterogene katalytische systemen en kleine moleculen in biologische cellen.

Met een betrouwbare methode, TERS heeft nu ook het potentieel om te worden gebruikt in nieuwe toepassingsgebieden, met name die waarvoor beeldvorming van oppervlakken in vloeistof nodig was, wat tot voor kort niet mogelijk was. Aangezien TERS fundamentele inzichten verschaft in het chemisch gedrag van materialen, door dit inzicht kunnen nieuwe producten sneller worden ontwikkeld, op verschillende technologische gebieden ter waarde van miljarden dollars.

Dr. Naresh Kumar, onderzoekswetenschapper bij NPL en hoofdauteur, zei:"In de afgelopen twee decennia hebben TERS is naar voren gekomen als een krachtig en betrouwbaar hulpmiddel voor oppervlaktechemische karakterisering op nanoschaal, het combineren van de hoge chemische gevoeligheid van oppervlakte-versterkte Raman-spectroscopie (SERS) en ruimtelijke resolutie op nanoschaal van scanning probe microscopie (SPM).

De publicatie van dit protocol zal de verdere versnelling van het TERS-onderzoek over de hele wereld mogelijk maken, en onderzoekers helpen om robuuste analytische gegevens te verkrijgen over een breed scala aan functionele materialen."

Prof. Bert Weckhuysen, hoogleraar anorganische chemie en katalyse aan de Universiteit Utrecht zei:"Het meten van katalytische gebeurtenissen op nanometerschaal is een hele uitdaging. Dit is nodig om nieuwe of sterk verbeterde katalytische materialen te ontwikkelen om chemische processen te versnellen, en daarmee de transitie naar een duurzamere samenleving te bevorderen. TERS is een van de veelbelovende technieken en de gerapporteerde meetprotocollen in dit artikel zullen wetenschappers helpen om de fijne kneepjes van katalytische processen bloot te leggen."