科學家能生成原子級解析度的奈米粒子 3D 圖像,有助研發突破性燃料電池、氫能汽車催化劑

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 10 日 14:50 | 分類 零組件 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


由柏克萊實驗室(Berkeley Lab)共同領導的突破性發現對燃料電池、氫能汽車和化學合成材料的原子工程學具有重大意義。

自從 1930 年代發明電子顯微鏡以來,已幫助科學家深入觀察普通材料(如鋼,甚至稀有的石墨烯)的原子結構,但儘管取得進步,這種成像技術仍無法精確繪製液體溶液材料(例如氫燃料電池的催化劑或汽車電池的電解質)的 3D 原子結構。

現在,柏克萊實驗室的研究人員與南韓基礎科學研究所(Institue for Basic Science,IBS)、澳洲蒙納許大學(Monash University)和加州大學柏克萊分校合作,開發一種技術,可為在石墨烯薄片(可能是最薄的材料)之間液體翻滾的奈米粒子產生原子級 3D 圖像。發現於 4 月 3 日發表在《科學》期刊。

(Source:Berkeley Lab

「這是令人興奮的研究成果。我們現在可在三度空間測量原子位置,精準到比氫(最小的原子)小 6 倍的程度。」研究共同作者柏克萊實驗室分子工廠(Molecular Foundry)科學家 Peter Ercius 表示。

這個稱為 3D SINGLE(Structure Identification of Nanoparticles by Graphene Liquid cell Electron microscopy,透過石墨烯液體細胞電子顯微鏡之奈米粒子結構鑑定)的技術,使用柏克萊實驗室分子工廠的世界最強顯微鏡之一。研究人員捕獲數千張被「困」在兩片石墨烯薄片(稱為「石墨烯入口窗口」)液體中 8 顆鉑奈米粒子的圖像。

這些石墨烯片(每片僅一個原子厚)強韌到足以容納些許液體,這是獲取奈米粒子原子排列的高品質圖像所需。Ercius 解釋,研究人員調整最初用於生物學研究的電腦演算法,將許多 2D 圖像組合成原子級解析度的 3D 圖像,是 2015 年首次報導之一技術的改進,對研究人員而言是重大的里程碑。「透過 3D SINGLE,我們可確定為什麼在燃料電池和氫能汽車,如此小的奈米粒子是比更大粒子更有效的催化劑。」 Ercius 指出。

(首圖為示意圖;來源:shutterstock)