(PhysOrg.com) -- Gli scienziati possono ora scrutare il funzionamento interno delle nanoparticelle catalizzatrici 3, 000 volte più piccolo di un capello umano in nanosecondi. I risultati indicano la strada verso il lavoro futuro che potrebbe migliorare notevolmente l'efficienza del catalizzatore in una varietà di processi cruciali per la sicurezza energetica mondiale, come la catalisi del petrolio e la crescita di nanomateriali basati su catalizzatori per batterie ricaricabili di prossima generazione.

Il lavoro è stato eseguito in collaborazione dal Lawrence Livermore National Laboratory e dall'Università della California a Davis.

Utilizzando una nuova tecnica di imaging sul microscopio elettronico a trasmissione dinamica (DTEM) di Lawrence Livermore, i ricercatori hanno raggiunto una risoluzione spaziale e temporale senza precedenti in immagini a scatto singolo di catalizzatori nanoparticellari.

Il DTEM utilizza un fotocatodo laser per produrre brevi impulsi di elettroni in grado di registrare micrografie elettroniche con un tempo di esposizione di 15 nanosecondi. La recente aggiunta di un'apertura di campo scuro anulare (ADF) allo strumento ha notevolmente migliorato la sua capacità di risolvere nel tempo immagini di nanoparticelle di appena 30 nanometri di diametro.

“Le nanoparticelle in questa gamma di dimensioni sono di importanza cruciale per un'ampia varietà di processi catalitici di grande interesse per i ricercatori nel campo dell'energia e delle nanotecnologie, ” ha detto Dan Masiel di UC Davis, ex di LLNL e autore principale di un articolo apparso sulla rivista, ChemPhysChem. "L'imaging risolta nel tempo di tali materiali consentirà una visione senza precedenti delle dinamiche del loro comportamento".

In precedenza, le particelle più piccole di 50 nanometri non potevano essere risolte nell'esposizione di 15 nanosecondi a causa del segnale limitato e del basso contrasto senza l'apertura dell'ADF. Ma utilizzando l'ADF di DTEM, quasi ogni particella da 50 nanometri e molte particelle da 30 nanometri sono diventate chiaramente visibili a causa della rapida risoluzione temporale e dell'alto contrasto.

"La netta differenza tra queste due immagini dimostra chiaramente l'efficacia dell'imaging in campo scuro annuale quando si acquisiscono campioni con dimensioni delle caratteristiche vicine al limite di risoluzione del DTEM, "Ha detto Masiel.

La nuova tecnica rende più facile distinguere le caratteristiche significative rispetto all'imaging pulsato in campo chiaro. Consente un contrasto notevolmente migliorato per le particelle più piccole, ampliando la gamma di sistemi catalitici che possono essere studiati utilizzando DTEM.

Il DTEM può registrare immagini con una risoluzione temporale di sei ordini di grandezza superiore rispetto al TEM convenzionale e può fornire importanti informazioni su processi come trasformazioni di fase, reazioni chimiche e crescita di nanofili e nanotubi.

I coautori includono Bryan Reed di LLNL, Thomas La Grange, Geoffrey Campbell, Ting Guo e Nigel Browning. Il lavoro è stato finanziato dall'Ufficio di Scienze del Dipartimento di Energia, Ufficio di Scienze Energetiche di Base, Divisione di Scienze e Ingegneria dei Materiali.

L'articolo appare nell'edizione online del 27 maggio di ChemPhys Chem .