Cada esfera branca representa a posição de um átomo de platina. Crédito: IBS O que você vê na figura acima? Apenas uma imagem tridimensional precisamente desenhada de nanopartículas? Muito mais do que isso, dirão os nanotecnologistas, devido a um novo estudo publicado na revista Science. Se um material catalisa reações químicas ou impede qualquer resposta molecular, trata-se de como seus átomos são organizados. O objetivo final da nanotecnologia está centrado na capacidade de projetar e construir materiais átomo a átomo, permitindo assim aos cientistas controlar suas propriedades em qualquer cenário. No entanto, as técnicas de imagem atômica não foram suficientes para determinar os arranjos atômicos tridimensionais precisos dos materiais em solução líquida, o que informaria aos cientistas como os materiais se comportam na vida cotidiana, como na água ou no plasma sanguíneo. Pesquisadores do Centro de Pesquisa de Nanopartículas do Instituto de Ciência Básica (IBS, Coréia do Sul), em colaboração com o Dr. Hans Elmlund no Instituto de Descoberta Biomédica da Monash University na Austrália e o Dr. Peter Ercius na Fundição Molecular do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley nos EUA , relataram uma nova metodologia analítica que pode resolver a estrutura 3D de nanopartículas individuais com resolução em nível atômico. As posições atômicas em 3D das nanopartículas individuais podem ser extraídas com uma precisão de 0,02 nm – seis vezes menor que o menor átomo: hidrogênio. Em outras palavras, esse método de alta resolução detecta átomos individuais e como eles são organizados dentro de uma nanopartícula. Os pesquisadores chamam seu desenvolvimento de 3D ÚNICO (Identificação de Estrutura de Nanopartículas por microscopia eletrônica de células líquidas de grafeno) e utilizam algoritmos matemáticos para derivar estruturas 3D de um conjunto de dados de imagem 2D adquiridos por um dos microscópios mais poderosos da Terra. . Primeiro, uma solução nanocristais é ensanduichada entre duas folhas de grafeno, cada uma com apenas um átomo de espessura. “Se um aquário fosse feito de um material espesso, seria difícil vê-lo. Como o grafeno é o material mais fino e mais forte do mundo, criamos bolsos de grafeno que permitem que o feixe de elétrons do microscópio brilhe através do material. selando simultaneamente a amostra líquida “, explica Park Jungwon, um dos autores correspondentes do estudo (professor assistente na Escola de Engenharia Química e Biológica da Universidade Nacional de Seul). Mapas de densidade 3D, mapas de posição atômica e mapas de deformações de 8 nanocristais reconstruídos mostram diferenças críticas entre as partículas individuais. Os pesquisadores obtêm filmes a 400 imagens por segundo de cada nanopartícula que gira livremente em líquido usando um microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução (TEM). A equipe então aplica sua metodologia de reconstrução para combinar as imagens 2-D em um mapa 3-D mostrando o arranjo atômico. A localização precisa da posição de cada átomo informa aos pesquisadores como a nanopartícula foi criada e como ela irá interagir nas reações químicas. O estudo definiu as estruturas atômicas de oito nanopartículas de platina – a platina é o mais valioso dos metais preciosos, usado em várias aplicações, como materiais catalíticos para armazenamento de energia em células de combustível e refino de petróleo. Mesmo que todas as partículas tenham sido sintetizadas no mesmo lote, elas exibiram diferenças importantes em suas estruturas atômicas que afetam seu desempenho. O esquema mostra uma amostra líquida contida entre duas folhas de grafeno – o material mais fino e mais forte conhecido. Nanopartículas no líquido giram livremente enquanto um microscópio eletrônico de transmissão tira milhares de imagens das nanopartículas. As imagens são analisadas pelo software dos autores para determinar a localização de cada átomo em cada nanopartícula. Crédito: IBS “Agora é possível determinar experimentalmente as estruturas tridimensionais precisas dos nanomateriais que apenas foram especulados teoricamente. A metodologia que desenvolvemos contribuirá para os campos em que os nanomateriais são usados, como células de combustível, veículos a hidrogênio e síntese petroquímica”, diz Dr. Kim Byung Hyo, o primeiro autor do estudo. Notavelmente, essa metodologia pode medir o deslocamento atômico e a tensão nos átomos da superfície de nanopartículas individuais. A análise de deformação da reconstrução 3D facilita a caracterização dos locais ativos dos nanocatalisadores em escala atômica, o que permitirá que o projeto baseado em estrutura melhore as atividades catalíticas. A metodologia também pode contribuir de maneira mais geral para a melhoria do desempenho dos nanomateriais. “Desenvolvemos uma metodologia inovadora para determinar as estruturas que governam as propriedades físicas e químicas das nanopartículas no nível atômico em seu ambiente nativo. A metodologia fornecerá pistas importantes na síntese de nanomateriais. O algoritmo que introduzimos está relacionado a novos medicamentos. desenvolvimento por meio da análise da estrutura de proteínas e análise de big data, portanto, esperamos uma aplicação adicional à nova pesquisa de convergência “, observa o diretor Hyeon Taeghwan, do IBS Center for Nanoparticle Research. Mais Informações: Kim Byung Hyo et al. Diferenças críticas na estrutura atômica 3D de nanocristais protegidos por ligantes individuais em solução. Ciência (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.aax3233 Citação: Reconstruções 3D de nanopartículas individuais (2020, 2 de abril) consultado em 3 de abril de 2020 https://phys.org/news/2020-04-d-reconstructions-individual-nanoparticles.html Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa privada, nenhuma parte pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.
Reconstruções 3D de nanopartículas individuais
