Исследователи графена сделали первые снимки атомов, плавающих в жидкости
Исследователи графена из Манчестерского университета создали новую «наночашку Петри», используя двумерные (2D) материалы, чтобы создать новый метод наблюдения за движением атомов в жидкости. В публикации в журнале Nature группа исследователей из Национального института графена (NGI) использовала стопки двумерных материалов, таких как графен, для улавливания жидкости, чтобы лучше понять, как присутствие жидкости меняет поведение твердого тела. Команде впервые удалось получить изображения отдельных атомов, «плавающих» в жидкости. Выводы могут оказать широкое влияние на будущее развитие «зеленых» технологий, таких как производство водорода.
Атомы плавают в жидкости благодаря графену. Предоставлено: Манчестерский университет.
Когда твердая поверхность находится в контакте с жидкостью, оба вещества меняют свою конфигурацию в ответ на близость друг друга. Такие взаимодействия атомного масштаба на границах твердой и жидкой фаз определяют поведение батарей и топливных элементов для производства чистой электроэнергии, а также определяют эффективность производства чистой воды и лежат в основе многих биологических процессов.
Один из ведущих исследователей, профессор Сара Хей, прокомментировала: «Учитывая широкое промышленное и научное значение такого поведения, поистине удивительно, как много нам еще предстоит узнать об основах поведения атомов на поверхностях, контактирующих с жидкостями», одной из причин отсутствия информации является отсутствие методов, способных дать экспериментальные данные для границ раздела твердое тело-жидкость».
Трансмиссионная электронная микроскопия (ПЭМ) — один из немногих методов, позволяющих увидеть и проанализировать отдельные атомы. Однако прибор ТЕМ требует высоковакуумной среды, а структура материалов изменяется в вакууме. Первый автор доктор Ник Кларк объяснил: «В нашей работе мы показываем, что вводящая в заблуждение информация предоставляется, если поведение атомов изучается в вакууме вместо использования наших жидких ячеек».
Профессор Роман Горбачев был пионером в укладке 2D-материалов для электроники, но здесь его группа использовала те же методы для разработки «жидкой ячейки с двойным графеном». Двумерный слой дисульфида молибдена был полностью взвешен в жидкости и герметизирован графеновыми окнами. Эта новая конструкция позволила им создать точно контролируемые жидкие слои, что позволило снимать беспрецедентные видеоролики, показывающие, как отдельные атомы «плавают» вокруг, окруженные жидкостью.
Анализируя движение атомов на видео и сравнивая с теоретическими выводами коллег из Кембриджского университета, исследователи смогли понять влияние жидкости на поведение атомов. Было обнаружено, что жидкость ускоряет движение атомов, а также меняет их предпочтительные места покоя по отношению к нижележащему твердому телу.
Команда изучила материал, который является многообещающим для производства зеленого водорода, но разработанная ими экспериментальная технология может быть использована для многих различных приложений.
Доктор Ник Кларк сказал: «Это знаменательное достижение, и это только начало — мы уже пытаемся использовать эту технику для поддержки разработки материалов для устойчивой химической обработки, необходимой для достижения мировых амбиций по достижению нулевого уровня выбросов».
