Físicos capturan imágenes de átomos individuales ‘nadando’ en líquido

Usando un microscopio electrónico de transmisión y una celda de líquido de grafeno doble, los físicos del Instituto Nacional de Grafeno del Reino Unido monitorearon la dinámica de los átomos en una solución salina acuosa. Sus hallazgos podrían tener un impacto generalizado en el desarrollo futuro de tecnologías verdes como la producción de hidrógeno.

Cuando una superficie sólida está en contacto con un líquido, las dos sustancias cambian de configuración en respuesta a la proximidad entre sí.

Estas interacciones a escala atómica en las interfaces sólido-líquido gobiernan el comportamiento de las baterías y celdas de combustible para la generación de electricidad limpia, así como la determinación de la eficiencia de la producción de agua limpia y subyacen a muchos procesos biológicos.

«Dada la importancia industrial y científica generalizada de tal comportamiento, es realmente sorprendente cuánto nos queda por aprender sobre los fundamentos de cómo se comportan los átomos en las superficies en contacto con los líquidos», dijo la profesora Sarah Haigh, autora principal de un estudio. papel publicado en la revista La naturaleza.

«Una de las razones de la falta de información es la falta de técnicas capaces de proporcionar datos experimentales para interfaces sólido-líquido».

La microscopía electrónica de transmisión (TEM) es una de las pocas técnicas para ver y analizar átomos individuales.

Sin embargo, el instrumento TEM requiere un entorno de alto vacío y la estructura de los materiales cambia en el vacío.

«En nuestro trabajo, mostramos que se proporciona información engañosa si se estudia el comportamiento atómico en el vacío en lugar de usar nuestras células líquidas», dijo el primer autor del estudio, el Dr. Nick Clark.

Para su estudio, los autores desarrollaron una celda líquida de grafeno dual, compuesta por una monocapa central de disulfuro de molibdeno separada por espaciadores hexagonales de nitruro de boro de las dos ventanas de grafeno delimitantes.

Este diseño permitió al equipo entregar capas de líquido controladas con precisión, lo que permitió la captura de videos sin precedentes que muestran los átomos individuales «nadando» rodeados de líquido.

Al analizar cómo se movían los átomos en los videos y compararlos con el conocimiento teórico, los investigadores pudieron comprender el efecto del líquido en el comportamiento atómico.

Se ha encontrado que el líquido acelera el movimiento de los átomos y también cambia sus sitios de descanso preferidos en relación con el sólido subyacente.

Los investigadores investigaron un material prometedor para producir hidrógeno verde, pero la tecnología experimental que desarrollaron se puede utilizar para muchas aplicaciones diferentes.

«Este es un logro histórico y es solo el comienzo: ya estamos buscando utilizar esta técnica para apoyar el desarrollo de materiales para el procesamiento químico sostenible, necesario para lograr las ambiciones globales netas cero», dijo el Dr. Clark.

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n clark y otros. Seguimiento de adatomos individuales en líquido en un microscopio electrónico de transmisión. La naturaleza, publicado el 27 de julio de 2022; doi: 10.1038/s41586-022-05130-0