基础科学研究所 每个白色球体代表一个铂原子的位置
信用:IBS 上图你看到了什么？仅仅是一张精确绘制的纳米粒子三维图片？纳米技术专家将会说，远不止这些，因为《科学》杂志上发表了一项新的研究
一种物质是催化化学反应还是阻碍任何分子反应，都与它的原子是如何排列的有关
纳米技术的最终目标是围绕一个原子一个原子地设计和制造材料的能力，从而允许科学家在任何给定的情况下控制它们的性质
然而，原子成像技术还不足以确定液体溶液中材料的精确三维原子排列，这将告诉科学家材料在日常生活中的行为，例如在水中或血浆中
韩国基础科学研究所纳米粒子研究中心的研究人员与博士合作
澳大利亚莫纳什大学生物医学发现研究所的汉斯·埃尔姆伦德和博士
美国劳伦斯·伯克利国家实验室分子铸造厂的彼得·埃丘斯报道了一种新的分析方法，这种方法能够以原子级分辨率解析单个纳米粒子的三维结构
单个纳米粒子的三维原子位置可以以0
02纳米——比最小的原子氢小六倍
换句话说，这种高分辨率方法检测单个原子以及它们在纳米粒子中的排列方式
研究人员称他们的开发为三维单一(石墨烯液体细胞电子显微镜对纳米粒子的结构识别)，并利用数学算法从地球上最强大的显微镜之一获得的一组二维成像数据中导出三维结构
首先，纳米晶体溶液被夹在两个石墨烯片之间，每个石墨烯片只有一个原子厚
“如果鱼缸是由厚材料制成的，就很难看透它
由于石墨烯是世界上最薄和最坚固的材料，我们创造了石墨烯口袋，允许显微镜的电子束穿过材料，同时密封液体样本，”研究的相应作者之一朴正元(首尔国立大学化学和生物工程学院助理教授)解释说
8个重构纳米晶体的三维密度图、原子位置图和应变图显示了单个粒子之间的关键差异
信用:IBS 研究人员使用高分辨率透射电子显微镜，以每秒400幅图像的速度获取每一个在液体中自由旋转的纳米粒子的图像
该团队然后应用他们的重建方法，将二维图像组合成显示原子排列的三维地图
定位每个原子的精确位置告诉研究人员纳米粒子是如何产生的，以及它将如何在化学反应中相互作用
这项研究定义了八种铂纳米粒子的原子结构——铂是最有价值的贵金属，用于许多应用，如燃料电池和石油提炼中的能量储存催化材料
尽管所有的粒子都是在同一个批次中合成的，但它们的原子结构显示出重要的差异，这影响了它们的性能
示意图显示了包含在两片石墨烯之间的液体样品，石墨烯是已知最薄、最坚固的材料
液体中的纳米粒子自由旋转，而透射电子显微镜拍摄了数千张纳米粒子的图像
这些图像然后由作者的软件进行分析，以确定每个纳米粒子中每个原子的位置 “现在有可能通过实验确定纳米材料的精确三维结构，而这只是理论上的推测
我们开发的方法将有助于纳米材料的应用领域，如燃料电池、氢能汽车和石油化学合成
这项研究的第一作者金炳孝
值得注意的是，这种方法可以测量单个纳米粒子表面原子的原子位移和应变
三维重建的应变分析有助于在原子尺度上表征纳米催化剂的活性位点，这将使得基于结构的设计能够提高催化活性
该方法还可以更普遍地促进纳米材料性能的提高
“我们已经开发了一种突破性的方法，用于确定纳米粒子在其自然环境中的原子级物理和化学性质的结构
该方法将为纳米材料的合成提供重要线索
我们引入的算法与通过蛋白质结构分析和大数据分析的新药开发有关，因此我们期待进一步应用于新的融合研究，”IBS纳米粒子研究中心主任Hyeon Taeghwan指出
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