(PhysOrg.com) - Los científicos ahora pueden observar el funcionamiento interno de las nanopartículas catalizadoras 3, 000 veces más pequeño que un cabello humano en nanosegundos. Los hallazgos señalan el camino hacia el trabajo futuro que podría mejorar en gran medida la eficiencia del catalizador en una variedad de procesos que son cruciales para la seguridad energética mundial. como la catálisis de petróleo y el crecimiento de nanomateriales basados ​​en catalizadores para baterías recargables de próxima generación.

El trabajo fue realizado en un esfuerzo colaborativo por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Universidad de California en Davis.

Usando una nueva técnica de imagen en el Microscopio Electrónico de Transmisión Dinámica (DTEM) de Lawrence Livermore, Los investigadores han logrado una resolución espacial y temporal sin precedentes en imágenes de un solo disparo de catalizadores nanoparticulados.

El DTEM utiliza un fotocátodo impulsado por láser para producir pulsos cortos de electrones capaces de registrar micrografías electrónicas con un tiempo de exposición de 15 nanosegundos. La reciente adición de una apertura de campo oscuro anular (ADF) al instrumento ha mejorado enormemente su capacidad para resolver en el tiempo imágenes de nanopartículas tan pequeñas como 30 nanómetros de diámetro.

“Las nanopartículas en este rango de tamaño son de crucial importancia para una amplia variedad de procesos catalíticos de gran interés para los investigadores de energía y nanotecnología, "Dijo Dan Masiel de UC Davis, anteriormente de LLNL y autor principal de un artículo que aparece en la revista, ChemPhysChem. "La obtención de imágenes con resolución temporal de dichos materiales permitirá una visión sin precedentes de la dinámica de su comportamiento".

Previamente, las partículas de menos de 50 nanómetros no pudieron resolverse en la exposición de 15 nanosegundos debido a la señal limitada y el bajo contraste sin apertura del ADF. Pero al usar el ADF de DTEM, casi todas las partículas de 50 nanómetros y muchas de 30 nanómetros se volvieron claramente visibles debido a la rápida resolución de tiempo y el alto contraste.

“La gran diferencia entre estas dos imágenes demuestra claramente la eficacia de las imágenes de campo oscuro anuales cuando se toman imágenes de muestras con tamaños de características cercanos al límite de resolución de DTEM, —Dijo Masiel.

La nueva técnica hace que sea más fácil discernir características importantes en comparación con las imágenes pulsadas de campo brillante. Permite un contraste enormemente mejorado para partículas más pequeñas, ampliando la gama de sistemas catalíticos que pueden estudiarse utilizando DTEM.

DTEM puede grabar imágenes con una resolución temporal seis órdenes de magnitud más alta que la TEM convencional y puede proporcionar información importante sobre procesos como las transformaciones de fase, reacciones químicas y crecimiento de nanocables y nanotubos.

Los coautores incluyen a Bryan Reed de LLNL, Thomas LaGrange, Geoffrey Campbell, Ting Guo y Nigel Browning. El trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, Oficina de Ciencias Básicas de la Energía, División de Ciencias e Ingeniería de Materiales.

El artículo aparece en la edición en línea del 27 de mayo de ChemPhys Chem .