Si bien los teléfonos en nuestros bolsillos pueden ser perfectos para tomar fotos de nuestras mascotas, tomar buenas imágenes de catalizadores y otros materiales es mucho más complejo, especialmente cuando trae microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM). El método de imágenes STEM es una forma de observar los catalizadores mientras están trabajando, o en condiciones catalíticas. El desafío es que la dispersión de fondo de los gases de reacción, reacciones químicas que producen gases, involucrado reduce la calidad de la imagen, oscureciendo detalles vitales sobre la estructura y composición química. Dr. Yuanyuan Zhu y Dr. Nigel D. Browning, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, demostró cómo crear imágenes de catalizadores de manera efectiva dentro del método STEM.

Los catalizadores son vitales para las reacciones involucradas en todo, desde la carcasa de plástico alrededor de su teléfono hasta el combustible en su automóvil. Creando más rápido, Los catalizadores más eficientes para reducir costos y desperdicios requieren observaciones claras y detalladas de los catalizadores cuando se introducen gases de reacción en las imágenes STEM. El nuevo método proporciona una hoja de ruta para que los científicos reduzcan la difracción de fondo de los gases de reacción.

La microscopía electrónica de transmisión es una técnica de proyección en la que un haz de electrones se transmite a través de una muestra y forma una imagen. La imagen resultante puede luego enfocarse en un dispositivo de imágenes y analizarse.

Microscopía electrónica de transmisión de barrido, conocido como STEM, escanea el haz de electrones a través de la muestra, en lugar de que el rayo permanezca estático. La imagen muestra la dispersión de electrones en cada punto, proporcionando la masa de cada átomo. La masa más alta de un átomo, cuanto más brillante aparece en la imagen. Esto se conoce como contraste Z. Usando el contraste Z, los científicos pueden determinar qué átomos individuales están reaccionando en un catalizador.

"La idea es que realmente se puede ver cómo funcionaría un catalizador viéndolo en la escala atómica, "dice Browning, científico de catálisis.

El problema es que cuando se agregan gases de reacción al catalizador, el gas recién introducido distorsiona la imagen, oscureciendo las reacciones que están ocurriendo. En la actualidad, Hay poca información sobre cómo ajustar correctamente la presión del gas de reacción en la cámara de imágenes para producir observaciones claras y detalladas.

Zhu y Browning crearon un entorno in situ en la cámara de imágenes, lo que significa que los materiales están ubicados dentro de la cámara. Luego bombearon diferentes gases de reacción a la cámara a diferentes presiones para medir la cantidad de dispersión de fondo que se produjo en cada imagen. El resultado fue un plano detallado de cómo restar la difracción de los gases para crear imágenes claras y detalladas que están listas para la interpretación.

"Este es un método que se puede aplicar ampliamente a las observaciones de catálisis, ", dice Browning." Hemos realizado una caracterización detallada de cómo hacer eso para que cualquier otra persona que quiera hacer este tipo de experimentos pueda hacer lo mismo y obtener [imágenes] muy detalladas ".

El siguiente paso para Zhu y Browning es investigar la difracción por presión de gas en diferentes catalizadores.