Aumentar nuestra comprensión de cómo los átomos y las moléculas individuales participan en las reacciones químicas es fundamental para el desarrollo de nuevas tecnologías. Sin embargo, hasta la fecha no ha sido posible obtener imágenes de la dinámica atómica en superficies metálicas en condiciones similares a las de los procesos industriales de interés. Ahora, Investigadores de la Universidad de Osaka han utilizado microscopía electrónica de transmisión ambiental in situ para visualizar la dinámica atómica progresiva en entornos similares a la vida real. Este logro significativo tiene implicaciones para materiales como los puntos cuánticos, materiales fluorescentes utilizados en LED, células solares, e imágenes médicas, y nanocatalizadores que se utilizan para aumentar la eficiencia de los procesos industriales. Sus hallazgos fueron publicados en Edición internacional Angewandte Chemie .

Muchos catalizadores de nanopartículas y nanodispositivos dependen de la migración de átomos de un estado a otro cuando son activados por un estímulo electrónico como una luz intensa. Los experimentos que han buscado comprender estos procesos generalmente se han llevado a cabo en condiciones que no replican las escalas de tiempo o las composiciones atmosféricas relevantes para las aplicaciones reales. Por ejemplo, muchos experimentos de superficie, como la microscopía electrónica de transmisión tradicional, se llevan a cabo al vacío y, por lo tanto, limitan la aplicabilidad de los hallazgos.

En este último estudio, los investigadores informan sobre una técnica de microscopía electrónica de transmisión ambiental in situ que permite visualizar los cambios en la dinámica atómica de una superficie metálica en un campo eléctrico fuerte directamente a lo largo del tiempo y en condiciones ambientales. En particular, Los cambios físicos resultantes de la oxidación de un electrodo de oro por átomos de oxígeno fueron rastreados a medida que avanzaba la reacción.

"Aplicamos un campo eléctrico a través de un espacio muy pequeño entre electrodos de oro, que activó las moléculas de gas oxígeno presentes en la atmósfera mediante un túnel de electrones extremadamente rápido, ", explica el autor principal del estudio, Ryotaro Aso." Esto a su vez condujo a cambios progresivos en la superficie de los electrodos de oro, generalmente considerados inactivos, que pudimos capturar claramente en imágenes ".

Esta es la primera visualización directa informada de los cambios atómicos progresivos de una superficie metálica en un campo electrostático en condiciones ambientales y se ha denominado un proceso de efecto túnel con electrones unidos a gas.

"Esperamos que tanto el sistema de electrodos de oro que investigamos como nuestro enfoque de microscopía electrónica de transmisión ambiental proporcionen nuevas perspectivas para los investigadores de la ciencia de los materiales, "El autor principal del estudio, Ryotaro Aso, explica." Esperamos que el proceso de efecto túnel-electrón-adjunto-gas demostrado conduzca a desarrollos en nanocatalizadores y nanopuntos cuánticos y permita síntesis a medida de nuevos nanomateriales. "Dichos nanomateriales podrían tener aplicaciones de gran alcance en muestra, imagen y producción química.