p Os cientistas tiveram sucesso em 'filmar' reações químicas inter-moleculares - usando o feixe de elétrons de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) como uma ferramenta de imagem de quadro de parada. Eles também descobriram que o feixe de elétrons pode ser sintonizado simultaneamente para estimular reações químicas específicas, usando-o como fonte de energia e também como ferramenta de imagem. p Essa pesquisa - que mostra reações químicas acontecendo em tempo real a um centésimo milionésimo de centímetro - tem o potencial de revolucionar o estudo e o desenvolvimento de novos materiais. Pode ajudar a responder a algumas das questões mais fundamentais e desafiadoras da ciência química; por exemplo, como as moléculas reagem umas com as outras no nível atomístico; o que impulsiona a formação de um produto em vez de outro; além de auxiliar na descoberta de novas reações químicas.

p A equipe multinacional de especialistas do Reino Unido, Alemanha e Rússia, foi liderado por Andrei Khlobystov, Professor de Nanomateriais e Diretor do Centro de Pesquisa em Nanoescala e Microescala da Universidade de Nottingham. O estudo:'Filmagem de quadro de parada e descoberta de reações no nível de uma única molécula por microscopia eletrônica de transmissão' foi publicado em ACS Nano , um jornal emblemático de nanociência e nanotecnologia e selecionado como ACS Editor's Choice devido ao seu potencial de amplo interesse público.

p O professor Khlobystov disse:"Este é um avanço científico significativo. Transformamos a maneira como usamos o TEM - de tirar fotos em uma ferramenta para filmar e estimular reações químicas. É a primeira vez que conseguimos observar reações químicas neste nível e observar o destino das moléculas à medida que as reações químicas ocorrem - desde as moléculas iniciais até o produto. "

p A pesquisa foi realizada por especialistas em química sintética e teórica, materiais e microscopia eletrônica e baseia-se no conceito de nano tubos de ensaio de carbono do Professor Khlobystov (os menores tubos de ensaio do mundo, Livro Guinness dos Recordes Mundiais de 2005), onde o nanotubo atua como um recipiente para moléculas. Seu trabalho pioneiro em nano-contêineres e nano-reatores de carbono já está levando a novas maneiras de direcionar a montagem molecular e estudar reações químicas.

p A pesquisa do Reino Unido foi realizada em colaboração com Elena Besley, professora de Química da Computação Teórica e sua equipe de pesquisadores trabalhando no Grupo de Nanociência Computacional da Universidade de Nottingham.

p O professor Besley disse:"Investigando os menores blocos de construção químicos da matéria, nosso estudo aproveita o 'efeito do observador' e estabelece uma metodologia inteiramente nova para estudar reações químicas. Demonstramos que o feixe de elétrons, atuando simultaneamente como uma sonda de imagem e uma fonte de energia para conduzir as transformações químicas, oferece uma nova ferramenta para estudar as reações químicas de moléculas individuais com resolução atômica, que é vital para a descoberta de novos mecanismos de reação e síntese futura mais eficiente. "

p Síntese e preparação de novos materiais

p Ainda existem muitos problemas na síntese e preparação de materiais e precisamos entender os processos que os criam, como exatamente as moléculas reagem, como as ligações químicas se quebram e se formam.

p O professor Khlobystov disse:"Chamamos nosso método de ChemTEM porque é a maneira mais direta de estudar reações químicas:o feixe de elétrons fornece quantidades bem definidas de energia diretamente para os átomos dentro da molécula e, assim, desencadeia uma reação química, enquanto continuamente visualiza as transformações moleculares, quadro a quadro no espaço direto e em tempo real. Podemos descobrir novas reações químicas e fazer estruturas químicas sob medida brincando com as condições do TEM - por exemplo, a energia do feixe de elétrons.

p "Agora podemos observar como moléculas individuais se unem para formar nanofitas de grafeno e polímeros. Podemos então direcionar a reação na direção que queremos para formar o material que queremos, e veja isso acontecer em tempo real. Por exemplo, já estamos olhando para a próxima geração de materiais moleculares bidimensionais complexos para aplicações eletrônicas além do grafeno. "

p Abraçando o 'efeito observador'

p Em microscopia, muito esforço é investido na redução do impacto do feixe de luz ou elétron - o chamado efeito do observador '- na amostra para garantir que as imagens representem estruturas verdadeiramente primitivas, não afetados pelo processo de medição.

p A equipe de pesquisa empregou o 'efeito do observador' para transformar TEM em uma ferramenta de imagem e uma fonte de energia para conduzir reações químicas.

p O feixe de elétrons penetra nas paredes atomicamente finas dos nanotubos de carbono e permite imagens resolvidas no tempo das reações no nível de um único átomo. Ativado pelo feixe de elétrons, a energia e a taxa de dose que podem ser definidas com precisão, ocorrem transformações químicas de moléculas.