Mentre i telefoni nelle nostre tasche possono essere perfetti per scattare foto dei nostri animali domestici, scattare buone immagini di catalizzatori e altri materiali è molto più complesso, soprattutto quando si utilizza la microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM). Il metodo di imaging STEM è un modo per osservare i catalizzatori mentre stanno lavorando, o in condizioni catalitiche. La sfida è che la dispersione del fondo dai gas di reazione, reazioni chimiche che producono gas, coinvolti abbassa la qualità dell'immagine, oscurando dettagli vitali sulla struttura e sulla composizione chimica. Dott. Yuanyuan Zhu e Dott. Nigel D. Browning, Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale, ha dimostrato come visualizzare efficacemente i catalizzatori all'interno del metodo STEM.

I catalizzatori sono vitali per le reazioni coinvolte in qualsiasi cosa, dall'involucro di plastica intorno al telefono al carburante nella tua auto. Creare più velocemente, catalizzatori più efficienti per ridurre i costi e gli sprechi richiedono osservazioni chiare e dettagliate dei catalizzatori quando i gas di reazione vengono introdotti nell'imaging STEM. Il nuovo metodo fornisce agli scienziati una tabella di marcia per ridurre la diffrazione di fondo dai gas di reazione.

La microscopia elettronica a trasmissione è una tecnica di proiezione in cui un fascio di elettroni viene trasmesso attraverso un campione e forma un'immagine. L'immagine risultante può quindi essere messa a fuoco su un dispositivo di imaging e analizzata.

Microscopia elettronica a trasmissione a scansione, denominato STEM, scansiona il fascio di elettroni attraverso il campione, piuttosto che il raggio che rimane statico. L'immagine mostra la dispersione degli elettroni in ogni punto, fornendo la massa di ciascun atomo. La massa maggiore di un atomo, più luminoso appare nell'immagine. Questo è noto come contrasto Z. Usando il contrasto Z, gli scienziati possono determinare quali singoli atomi stanno reagendo in un catalizzatore.

"L'idea è che si possa effettivamente vedere come funzionerebbe un catalizzatore osservandolo su scala atomica, "dice Browning, scienziato della catalisi.

Il problema è che quando i gas di reazione vengono aggiunti al catalizzatore, il gas appena introdotto distorce l'immagine, oscurando le reazioni che stanno avvenendo. Attualmente, ci sono poche informazioni su come regolare correttamente la pressione del gas di reazione nella camera di imaging per produrre osservazioni chiare e dettagliate.

Zhu e Browning hanno creato un ambiente in situ nella camera di imaging, il che significa che i materiali si trovano all'interno della camera. Hanno quindi pompato diversi gas di reazione nella camera a pressioni diverse per misurare la quantità di dispersione dello sfondo che si è verificata in ciascuna immagine. Il risultato è stato un progetto dettagliato di come sottrarre la diffrazione dei gas per creare immagini chiare e dettagliate pronte per l'interpretazione.

"Questo è un metodo che può essere ampiamente applicato alle osservazioni di catalisi, " dice Browning. "Abbiamo analizzato in dettaglio come farlo in modo che chiunque altro voglia fare questo tipo di esperimenti possa fare la stessa cosa e ottenere [immagini] molto dettagliate".

Il prossimo passo per Zhu e Browning è studiare la diffrazione della pressione del gas su diversi catalizzatori.