p Os especialistas do Centro de Pesquisa em Nanoescala e Microescala (nmRC) da Universidade de Nottingham deram o primeiro pico na vida privada dos aglomerados atômicos. p Tendo já obtido 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 agora alcançaram imagens resolvidas no tempo de dinâmica em escala atômica e transformações químicas promovidas por nanoclusters de metal. Isso permitiu que eles classificassem 14 metais diferentes, tanto na ordem de sua ligação com o carbono quanto na sua atividade catalítica, mostrando variação significativa na Tabela Periódica dos Elementos.

p Seu último trabalho, 'Comparação da dinâmica da escala atômica para os nanocatalisadores de metal de transição média e tardia', foi publicado em Nature Communications . Andrei Khlobystov, Professor de Nanomateriais e Diretor do nmRC, disse:"Graças aos recentes avanços em microscopia e espectroscopia, agora sabemos muito sobre o comportamento de moléculas e átomos. No entanto, a estrutura e a dinâmica dos aglomerados de elementos metálicos em escala atômica permanecem um mistério. A complexa dinâmica atômica revelada diretamente por imagens em tempo real lança luz sobre o funcionamento atomístico dos nanocatalisadores. "

p Contribuição para o PIB global

p A dinâmica em escala atômica dos nanoclusters de metal determina suas propriedades funcionais e químicas, como a atividade catalítica - sua capacidade de aumentar a taxa de uma reação química. Muitos processos industriais importantes atualmente dependem de nanocatalisadores, como purificação de água; tecnologias de células de combustível; armazenamento de energia; e produção de biodiesel.

p O professor Khlobystov disse:"Com as reações químicas catalíticas contribuindo substancialmente para o PIB global, compreender o comportamento dinâmico dos nanoclusters em nível atômico é uma tarefa importante e urgente. Contudo, o desafio combinado de estruturas não uniformes de nanocatalisadores - por exemplo, distribuição de tamanhos, formas, fases do cristal - coexistindo dentro do mesmo material e sua natureza altamente dinâmica - os nanoclusters sofrem extensa estrutura e, em alguns casos, transformações químicas durante a catálise - torna a elucidação dos mecanismos atomísticos de seu comportamento virtualmente impossível. "

p Da dinâmica de uma única molécula a aglomerados atômicos

p O professor Khlobystov liderou a colaboração anglo-germânica que aproveitou o impacto do feixe de elétrons (e-beam) na microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para a geração de imagens da dinâmica de uma única molécula. Ao empregar o feixe eletrônico simultaneamente como uma ferramenta de imagem e uma fonte de energia para impulsionar reações químicas, eles tiveram sucesso na filmagem de reações de moléculas. A pesquisa foi publicada no ano passado na 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 Em vez de frascos de laboratório ou tubos de ensaio, eles empregam os menores tubos de ensaio do mundo - nanotubos de carbono de parede única - cilindros atomicamente finos de carbono com diâmetros internos de 1-2 nm que detêm o recorde mundial do Guinness desde 2005.

p Uma tabela periódica em um tubo de ensaio nano

p O professor Khlobystov disse:"Usamos esses nanotubos de carbono para amostrar minúsculos aglomerados de elementos químicos, cada um consistindo de apenas algumas dezenas de átomos. Ao aprisionar os nanoclusters de uma série de elementos metálicos relacionados, criamos efetivamente em uma Tabela Periódica em um tubo de ensaio nano, permitindo uma comparação global da química de metais de transição na Tabela Periódica. Isso sempre foi extremamente desafiador porque a maioria dos nanoclusters de metal são altamente sensíveis ao ar. A combinação do tubo de ensaio nano e TEM nos permite observar não só a dinâmica dos nanoclusters de metal, mas também sua ligação com o carbono que mostra uma ligação clara com a posição do metal na Tabela Periódica. "

p Ute Kaiser, Professor em Física Experimental e Líder do Grupo de Microscopia Eletrônica de Ciência de Materiais na Universidade de Ulm disse:"Microscopia eletrônica de transmissão com correção de aberração e os materiais de baixa dimensão, como nanotubos cheios de nanoclusters de metal, são uma combinação ideal um para o outro porque permitem uma combinação eficaz de avanços em química analítica e teórica com os mais recentes desenvolvimentos em microscopia eletrônica, levando a uma nova compreensão dos fenômenos em escala atômica, como a nanocatálise neste trabalho. "

p Assistindo nanoclusters em resolução sem precedentes

p Kecheng Cao, Ph.D. estudante da Ulm University, que realizou a análise de imagens neste estudo disse:"Quando estou olhando para átomos através do microscópio, às vezes eu paro de respirar para ver os detalhes invisíveis que descobrimos para os nanoclusters em nosso microscópio SALVE III recém-desenvolvido, fornecendo uma resolução sem precedentes ".

p Elena Besley, O professor de Química Teórica e Computacional da Universidade de Nottingham disse:"Alcançando os menores blocos de construção de metais, este estudo demonstrou que os nanoclusters de metal aprisionados em tubos de ensaio de nano carbono fornecem uma plataforma universal para estudar química organometálica e permitir uma comparação direta da ligação e reatividade de diferentes metais de transição, bem como a elucidação da relação estrutura-desempenho para nanocatalisadores - vital para o descoberta de novos mecanismos de reação e catalisadores mais eficientes do futuro. Este estudo fornece um primeiro vislumbre qualitativo de uma perspectiva global da ligação metal-carbono. "

p Este estudo é o mais recente de uma série de mais de 20 artigos conjuntos de alto calibre no tópico de microscopia eletrônica para moléculas e nanomateriais publicados pela colaboração Ulm-Nottingham.