In recente jaren, een groep vooraanstaande onderzoekers op het gebied van elektronenmicroscopie en katalyse heeft gewerkt aan het bepalen van de driedimensionale rangschikking van atomen in katalysatoren van nanodeeltjes in chemische processen. Hun werk heeft experimentele metingen gecombineerd met wiskundige modellering.

Het resultaat is een nieuwe methode die het mogelijk maakt om de individuele atomen in het nanodeeltje te identificeren en te lokaliseren, zelfs als ze trillen en bewegen.

Tot nu, atomen in nanodeeltjes zijn naar verwachting statisch tijdens waarnemingen. Maar de analyses van de onderzoekers van 3D-beelden op atomaire schaal toonden aan dat de oorspronkelijke verwachting niet voldoende is. In plaats daarvan, de onderzoekers onthulden een dynamisch gedrag van de atomen met behulp van een nieuwe analytische methode.

In hun werk, de onderzoekers hebben ervoor gekozen om een ​​bekend katalytisch nanodeeltjesmateriaal te gebruiken, namelijk molybdeendisulfide. Omdat de atomaire structuur van het materiaal bekend is, het vormde een goede basis voor het interpreteren van de 3D-atomaire-opgeloste beelden van de onderzoeksgroep, samengesteld met behulp van de unieke TEAM 0.5 elektronenmicroscoop in het Lawrence Berkeley National Laboratory, die de hoogste resolutie op picometerschaal ter wereld biedt.

De nieuwe methode is beschreven en gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Nieuw model zorgt voor identificatie van atomen

Het wiskundige model maakt het mogelijk om de individuele atomen in het nanodeeltje te identificeren, ook als ze in beweging zijn. Het model meet zowel de intensiteit als de breedte van de atomen in de afbeeldingen.

"Tot nu, bepalen welk atoom we waarnemen was een uitdaging vanwege de vervaging veroorzaakt door de oscillaties van de atomen. Echter, door rekening te houden met de schommelingen, kunnen we nauwkeuriger identificeren, bijvoorbeeld, de locatie van individuele zwavel- of molybdeenatomen, " zegt professor Stig Helveg, DTU Natuurkunde, die deel uitmaakt van de onderzoeksgroep.

Het nieuwe model maakt het ook mogelijk om veranderingen van de nanodeeltjes te corrigeren in de vorm van oscillaties als gevolg van de verlichting van energetische elektronen in de elektronenmicroscoop. Het zal het dus mogelijk maken om te focussen op de chemische informatie die verborgen is in de afbeeldingen, atoom voor atoom - wat de essentie van het onderzoek is.

De volgende stap is het meten van de functie

De onderzoekers hopen dat het nieuwe baanbrekende model ook door andere onderzoekers binnen hun vakgebied zal worden gebruikt. Het model zal ook een basis vormen voor het nieuwe basisonderzoekscentrum van Stig Helveg aan de DTU, VISIE.

Hier, de focus zal een stap verder gaan door de atomaire opgeloste beelden te combineren met metingen van de katalytische eigenschappen van de nanodeeltjes. De opgedane kennis zal bijdragen aan de ontwikkeling van nanodeeltjes voor katalytische processen als onderdeel van de transitie naar duurzame energie.