تصوير ذرات منفردة ضمن تفاعل حفزي بالشروط الحقيقة

في تطور كبير لتقنيات التصوير المجهري الإلكتروني، تمكن مجموعة من الباحثين بجامعة يورك، بمركز جول لعلوم النانو، من مشاهدة و تحليل ذرات منفردة، و تجمعات نانوية صغيرة، في تفاعل حيوي ضمن الخلايا (Dynamic in-situ Reaction) للمرة الأولى.
هذا البحث الجديد في جامعة يورك، فتح أبواباً جديدة ملفتة للنظر، في مراقبة و فهم دور الذرات في التفاعلات الجزيئية، ضمن العديد من مجالات الفيزياء والعلوم، ومن الممكن أن يكون لها آثار كبيرة في تطور العلوم الدوائية ومصادر الطاقة الجديدة.
لحد الآن، فإن مشاهدة التفاعلات الذرية على مستوى الذرات المنفردة هو أمر صعب جداً، ومن أجل دراسة التفاعل على سطح الحفّاز (Catalyst Surface)، فإنّ العلماء كانوا يضطرون لتوفير ظروف مثالية، مثل التخلية التامة للهواء، بدلاً من مراقبة التفاعل الحقيقي لحفّاز صناعي ضمن شروط غازية في الهواء المحيط.
ما قام به كل من البروفيسور اد بويز Ed Boys والبروفيسور براتيبا غاي Pratibha Gai – إدارة مركز جول لعلوم النانو في جامعة يورك – هو تطوير تقنية جديدة لمجهر النقل الالكتروني، تدعى AC-ESTEM(*) وهي تقنية جديدة من تقنيات المسح المجهري الالكتروني، تعتمد على تصحيح الانحرافات ضمن بيئة الفحص المدروسة، وهي بحالتنا هذه بيئة سطح حفاز ضمن شروط حقيقية صناعية للتفاعل.
وبفضل هذه التقنية الحديثة، فقد أصبح بالإمكان مراقبة وتحليل ذرات منفردة، تجمعات نانوية، وجسيمات نانوية، في أوساط ديناميكية ومتغيرة للشروط الغازية – والتي من الممكن التحكم بدرجة حرارتها الابتدائية لحدود 500 درجة مئوية.
يقول البروفيسور غاي: “بحثنا يفتح الباب أمام فرص مثيرة من أجل مراقبة وتحليل الذرات المتفاعلة، والتي تشكل وحدات البناء الأساسية للمادة”، حيث أنّ الفريق البحثي في جامعة يورك، تمكن من مشاهدة ذرات بلاتينيوم منفردة على سطح حفزي مدعوم بالكربون، وذلك تحت ظروف متحكم بها للجو المحيط ودرجة الحرارة.
ويقول البروفيسور بويز، موضحاً أهمية البحث: “البلاتينيوم المتوضع على سطوح مدعمة بالكربون هو بنية هامة في العديد من التطبيقات الكيميائية الصناعية، وفي تطبيقات مصادر الطاقة مثل خلايا الوقود.”
(*) – AC-ESTEM: اختصار لعبارة Atomic Resolution in-situ aberration corrected environmental scanning transmission electron microscopy، وهي أحد التقنيات الحديثة لطرق المسح التي أساسها مجهر النقل الالكتروني TEM، وتعتمد على تصحيح الأخطاء أو الانحرافات الناتجة عن المسح، عند دراسة المواد أو عينات الاختبار ضمن شروط تفاعل حقيقية، وليس شروط تفاعل مخبرية، أو مثالية (مثل تخلية الهواء تخلية تامة، أو ضبط التفاعل عن درجة حرارة 25 مئوية).