p Quando o experimento de Michal Vadai funcionou pela primeira vez, ela saltou da cadeira. p Vadai, um pós-doutorado na Universidade de Stanford, passou meses projetando e solucionando problemas de uma nova ferramenta que poderia expandir muito a capacidade de um microscópio avançado nas instalações compartilhadas do Stanford Nano. Apesar do grande ceticismo da comunidade de microscopia, ela e seus colegas pesquisadores estavam tentando uma união entre microscopia de luz e microscopia eletrônica de transmissão que, se bem sucedido, revelaria uma única partícula sofrendo uma reação ativada pela luz.

p "Eu não posso enfatizar o quão emocionante foi fazer funcionar da primeira vez. Foi um enorme desafio tecnológico, "disse Vadai, que está no laboratório de Jennifer Dionne, professor associado de ciência e engenharia de materiais. “A primeira vez que obtivemos o início de um resultado experimental, estávamos gritando em voz alta. Isso foi muito, muito emocionante que pudemos ver e controlar o que estava acontecendo com esta nanopartícula com luz. "

p Essa pesquisa, publicado em 7 de novembro em Nature Communications , concentra-se em uma reação fotocatalítica onde a energia da luz visível inicia uma reação química em nanocubos de paládio. Cada um desses cubos tem cerca de 30 nanômetros de cada lado - aproximadamente o tamanho de um vírus do resfriado.

p Os cientistas sabem muito sobre fotocatálise com base em grandes grupos de nanopartículas, mas a nova técnica permite aos pesquisadores estudar o que ocorre em nanopartículas individuais. Além da fotocatálise, esta técnica poderia algum dia ser usada para estudar quase qualquer interação de luz e matéria com uma resolução de cerca de 2 nanômetros, mesmo aqueles que ocorrem em células vivas.

p Nanocubos cuidadosamente embalados

p A microscopia eletrônica de transmissão forma uma imagem ao irradiar elétrons através de uma fina fatia de material. Este processo revela estruturas em detalhes intrincados, mas não permite que os cientistas observem os materiais à medida que mudam sob diferentes condições de luz, como receptores de luz no olho, materiais usados ​​em células solares ou, como neste caso, nanocubos de paládio para catálise. A nova configuração mescla a resolução da microscopia eletrônica com a cor da microscopia de luz.

p “Uma das maiores conquistas deste artigo é a própria técnica, "Disse Dionne." Trazemos luz de várias 'cores' para o microscópio eletrônico. Nossas medições são diretas - pode-se ver visivelmente a reação fotoquímica conforme ela se desdobra dentro da nanopartícula. "

p A nova técnica envolveu um suporte de amostra de design personalizado no qual a amostra foi carregada. Ao redor disso havia espelhos para focar a luz de duas fibras ópticas com uma lacuna para o feixe de elétrons. Todo o projeto teve que caber em um espaço muito limitado:uma lacuna de 5 mm no microscópio.

p Para testar a configuração, os pesquisadores bombearam a câmara do espécime com hidrogênio. Olhando através do microscópio eletrônico, eles puderam confirmar que o nanocubo de paládio mudou sua fase à medida que se enchia de hidrogênio. O experimento foi estruturado de forma que os nanocubos permanecessem nessa fase repleta de hidrogênio até que os pesquisadores ligassem a luz. Uma vez iluminado, eles observaram enquanto uma onda semelhante à água fluía graciosamente através da partícula - o hidrogênio deixando o paládio. Foi uma reação baseada em luz vista por um microscópio eletrônico e um sucesso digno de um salto de alegria.

p Diferenças individuais

p As nanopartículas são frequentemente produzidas e estudadas em grande número, o que significa que sabemos que variam em tamanho, forma ou posição - mas sabemos pouco sobre como essas variações afetam o desempenho.

p "Se você realmente deseja mergulhar na física fundamental do que está acontecendo, você precisa olhar para as partículas individuais porque sabemos que as diferenças individuais são importantes, "disse Vadai." É como um mistério e você tem que dar uma boa olhada em uma pista para poder resolver isso. "

p Os experimentos iniciais foram amplamente projetados para mostrar que a técnica poderia funcionar, mas ainda revelou algo novo sobre os nanocubos. Para um, a reação acontece 10 vezes mais rápido na luz do que no escuro. Os pesquisadores também puderam ver como cada etapa da reação - o hidrogênio que sai do nanocubo, a estrutura de rede do rearranjo do nanocubo - é afetada por diferentes comprimentos de onda de luz.

p Acontece também que o canto do nanocubo mais próximo da região de absorção de luz - neste caso, um disco de ouro próximo - é mais reativo. Entender como e por que isso aconteceu pode permitir reações seletivas de produto com base na geometria do catalisador.

p Com o sucesso desta prova de conceito, o laboratório segue para as próximas etapas. Por exemplo, os pesquisadores pretendem adicionar recursos de espectroscopia, o que significa que eles poderiam avaliar a luz gerada por essas reações para analisar a química em maiores detalhes.

p "Se você está falando sobre uma única partícula, você geralmente tem que lutar para ver esses sinais fracos, "Vadai disse." Olhando para a frente, este será um conjunto completo de ferramentas que você pode usar para estudar a interação da luz e da matéria em nanoescala em tempo real, em resolução muito alta, em um nível de partícula única. "