Многие катализаторы из наночастиц и наноустройства полагаются на миграцию атомов из одного состояния в другое, когда они запускаются электронным стимулом, таким как интенсивный свет. Эксперименты, которые пытались понять эти процессы, обычно проводились в условиях, которые не воспроизводят временные масштабы или состав атмосферы, относящиеся к реальным приложениям. Например, многие поверхностные эксперименты, такие как традиционная просвечивающая электронная микроскопия, проводятся в вакууме, что ограничивает применимость результатов.
В этом последнем исследовании исследователи сообщают о методе просвечивающей электронной микроскопии in situ, который позволяет визуализировать изменения атомной динамики металлической поверхности в сильном электрическом поле непосредственно во времени и в условиях окружающей среды.
В частности, физические изменения, происходящие в результате окисления золотого электрода атомами кислорода, отслеживались по мере развития реакции.
«Мы приложили электрическое поле к очень маленькому зазору между золотыми электродами, которое активировало молекулы газообразного кислорода, присутствующие в атмосфере, за счет чрезвычайно быстрого туннелирования электронов», – объясняет ведущий автор исследования Риотаро Асо. «Это, в свою очередь, привело к прогрессивным изменениям на поверхности золотых электродов, которые обычно считались неактивными, и мы смогли четко запечатлеть их на изображениях."
Это первая известная прямая визуализация прогрессивных атомных изменений поверхности металла в электростатическом поле в условиях окружающей среды, получившая название процесса туннельного присоединения электронов к газу.
«Мы ожидаем, что и система золотых электродов, которую мы исследовали, и наш подход к просвечивающей электронной микроскопии окружающей среды откроют новые перспективы для исследователей материаловедения», – объясняет ведущий автор исследования Риотаро Асо. «Мы надеемся, что продемонстрированный процесс туннельного присоединения электронов к газу приведет к развитию нанокатализаторов и квантовых наноточек и позволит индивидуально синтезировать новые наноматериалы."Такие наноматериалы могут найти широкое применение в дисплеях, создании изображений и химическом производстве.