p Pesquisadores da Universidade de Manchester demonstraram um novo método para imagens de reações químicas ao vivo com resolução atômica usando tubos de ensaio em nanoescala criados com materiais bidimensionais (2D). p A capacidade de observar reações químicas baseadas em solução com resolução sub-nanométrica em tempo real tem sido muito procurada desde a invenção do microscópio eletrônico, há 90 anos.

p A imagem da dinâmica de uma reação pode fornecer percepções mecanicistas e estratégias de sinalização para ajustar as propriedades dos materiais resultantes. Um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) é um dos poucos instrumentos capazes de resolver átomos individuais, embora, convencionalmente, exija amostras completamente secas capturadas em um ambiente de vácuo, impedindo qualquer síntese química úmida.

p Com base em trabalhos anteriores de desenvolvimento de células líquidas de grafeno que permitem imagens TEM de nanoestruturas de fase líquida, uma equipe de pesquisadores baseada no National Graphene Institute da University of Manchester, colaborando com pesquisadores da Leibniz University Hannover, mostraram que duas soluções podem ser misturadas dentro do microscópio e geradas em tempo real.

p A nova pesquisa, publicado hoje em Materiais avançados detalha uma nova plataforma de imagem que tem sido usada para investigar o crescimento de carbonato de cálcio. Este material é a chave para muitos processos químicos naturais e sintéticos. Por exemplo, O carbonato de cálcio é o principal componente das conchas de muitos organismos marinhos e seu processo de formação é afetado pelo aumento da acidificação dos oceanos. A precipitação do carbonato de cálcio também é essencial para a compreensão da degradação do concreto e o material é um aditivo onipresente para muitos produtos de papel, plásticos, borrachas, tintas, e tintas para produtos farmacêuticos, cosméticos, materiais de construção, e alimentos de origem animal. Apesar disso, apesar deste uso generalizado, o mecanismo de cristalização do carbonato de cálcio é amplamente debatido.

p Neste trabalho, os autores fornecem a nova evidência experimental chave para apoiar uma via de cristalização complexa teoricamente prevista. O time, liderado pela Professora Sarah Haigh e Dr. Roman Gorbachev, projetou uma pilha de diferentes materiais bidimensionais que continham compartimentos de solução líquida em nanoescala formados em micropoços gravados em espaçador hexagonal de nitreto de boro. Esses micropoços foram separados por uma membrana atomicamente fina e selados com grafeno que agiu como uma 'janela' para permitir a geração de imagens com o feixe de elétrons.

p Os dois bolsos de solução foram então misturados no microscópio, focalizando o feixe de elétrons para fraturar localmente a membrana de separação. Isso fez com que os dois reagentes químicos pré-carregados se misturassem in situ e o processo de cristalização pudesse ser monitorado do início ao fim.

p O autor principal, Dr. Daniel Kelly, explicou:"Uma das principais características do nosso projeto de célula de mistura foi o uso do feixe de elétrons tanto para a imagem quanto para a punção das células. Ao contrário das tentativas anteriores, isso possibilitou que visualizássemos a reação desde o primeiro momento em que as soluções entraram em contato. "

p A linha do tempo da reação foi capturada usando vídeos e técnicas avançadas de processamento de imagem para medir a evolução das espécies de carbonato de cálcio. A combinação única de alta resolução espacial e controle sobre o tempo de mistura, bem como análise elementar in situ, permitiu que a equipe observasse a transformação de nanogotículas líquidas em precursores amorfos, e finalmente para partículas cristalinas. Os resultados mostram a primeira confirmação visual da separação da fase líquido-líquido, uma teoria que tem sido muito debatida entre os químicos inorgânicos na última década.

p Sobre a direção futura desta nova plataforma de imagem, o autor, Dr. Nick Clark, disse:"Até agora, nos concentramos principalmente na caracterização da formação de carbonato de cálcio, no entanto, estamos otimistas de que este tipo de experimento poderia ser estendido para estudar muitas outras reações de mistura complexas. "