Aumentare la nostra comprensione di come i singoli atomi e molecole partecipano alle reazioni chimiche è fondamentale per lo sviluppo di nuove tecnologie. Però, ad oggi non è stato possibile visualizzare la dinamica atomica su superfici metalliche in condizioni simili a quelle dei processi industriali di interesse. Ora, i ricercatori dell'Università di Osaka hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione ambientale in situ per visualizzare le dinamiche atomiche progressive in ambienti reali. Questo risultato significativo ha implicazioni per materiali come i punti quantici, materiali fluorescenti utilizzati nei LED, celle solari, e imaging medico e nanocatalizzatori utilizzati per aumentare l'efficienza dei processi industriali. I loro risultati sono stati pubblicati in Angewandte Chemie Edizione Internazionale .

Molti catalizzatori di nanoparticelle e nanodispositivi si basano sulla migrazione degli atomi da uno stato all'altro quando vengono attivati ​​da uno stimolo elettronico come una luce intensa. Gli esperimenti che hanno cercato di comprendere questi processi sono stati generalmente condotti in condizioni che non replicano le scale temporali o le composizioni atmosferiche rilevanti per le applicazioni reali. Per esempio, molti esperimenti di superficie come la tradizionale microscopia elettronica a trasmissione sono condotti sotto vuoto e quindi limitano l'applicabilità dei risultati.

In questo ultimo studio, i ricercatori riportano una tecnica di microscopia elettronica a trasmissione ambientale in situ che consente di visualizzare direttamente nel tempo e in condizioni ambientali i cambiamenti nella dinamica atomica di una superficie metallica in un forte campo elettrico. In particolare, i cambiamenti fisici risultanti dall'ossidazione di un elettrodo d'oro da parte di atomi di ossigeno sono stati monitorati man mano che la reazione procedeva.

"Abbiamo applicato un campo elettrico attraverso uno spazio molto piccolo tra gli elettrodi d'oro, che ha attivato le molecole di gas ossigeno presenti nell'atmosfera mediante tunneling elettronico estremamente veloce, ", spiega l'autore principale dello studio Ryotaro Aso. "Questo a sua volta ha portato a cambiamenti progressivi sulla superficie degli elettrodi d'oro, generalmente considerati inattivi, che siamo stati in grado di catturare chiaramente nelle immagini".

Questa è la prima visualizzazione diretta riportata di cambiamenti atomici progressivi di una superficie metallica in un campo elettrostatico in condizioni ambientali ed è stata definita un processo tunneling-electron-attached-gas.

"Ci aspettiamo che sia il sistema di elettrodi d'oro che abbiamo studiato sia il nostro approccio di microscopia elettronica a trasmissione ambientale forniscano nuove prospettive ai ricercatori di scienze dei materiali, "Spiega l'autore principale dello studio Ryotaro Aso. "Speriamo che il processo di tunneling-electron-attached-gas dimostrato porterà a sviluppi in nanocatalizzatori e nanopunti quantistici e consentirà sintesi su misura di nuovi nanomateriali". Tali nanomateriali potrebbero avere applicazioni di vasta portata in mostra, immagini, e produzione chimica.