单原子“游泳”图像首次捕捉 最新发现有望促进制氢等绿色技术的发展
来源: 科技日报 2022-08-02 16:14:06
英国科学家在最新一期《自然》杂志刊发论文称，他们借助石墨烯堆叠技术，制造出一种新型“纳米皮氏培养皿”，以进一步了解液体如何改变固体的行为，在此基础上首次拍摄到单原子在液体中“游泳”的图像，最新发现有望促进制氢等绿色技术的发展。
当固体表面与液体接触时，两种物质都会随着彼此的靠近而改变其构型。固液交界面上的这种原子级相互作用控制着用于燃料电池等的行为，也是许多生物过程的基础。鉴于上述行为在工业和科学领域十分重要，科学家希望进一步了解与液体接触的表面原子的行为，但目前缺乏能够产生固液界面实验数据的技术。
最新研究第一作者、曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的尼克·克拉克博士指出，透射电子显微镜是为数不多能够观察和分析单个原子的技术之一，但透射电子显微镜需要在高真空环境下工作，而材料的结构会在真空环境发生变化，“如果在真空中而非液体电池内研究原子的行为，我们会得到错误信息”。
罗曼·戈尔巴乔夫教授开创了二维材料堆叠技术，在最新研究中，他们使用相同技术开发出“双石墨烯液体电池”：二维的二硫化钼层完全悬浮在液体中，并由石墨烯封装，这使研究人员能够精确控制液体层，从而捕捉到前所未有的视频，显示单个原子在液体中如何游动。
通过分析视频中原子的运动方式，并结合剑桥大学科学家提供的理论见解，研究人员能够理解液体对原子行为的影响——液体可以加快原子的运动，并改变其相对于底层固体的首选静止位置。
该团队研究了一种有望用于绿色制氢的材料，研究人员表示：“这是一个里程碑式的成就，我们希望借助这项技术支持可持续化学处理材料的开发，助力全球实现零排放。”(记者刘霞)
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