Alors que les téléphones dans nos poches peuvent être parfaits pour prendre des photos de nos animaux de compagnie, prendre de bonnes images de catalyseurs et d'autres matériaux est beaucoup plus complexe, surtout lorsque vous faites appel à la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM). La méthode d'imagerie STEM est un moyen d'observer les catalyseurs pendant qu'ils fonctionnent, ou dans des conditions catalytiques. Le défi est que la diffusion de fond par les gaz de réaction, réactions chimiques qui produisent des gaz, impliqué diminue la qualité de l'image, obscurcissant des détails vitaux sur la structure et la composition chimique. Dr Yuanyuan Zhu et Dr Nigel D. Browning, Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique, a démontré comment imager efficacement les catalyseurs dans le cadre de la méthode STEM.

Les catalyseurs sont essentiels aux réactions impliquées dans tout, du boîtier en plastique autour de votre téléphone au carburant dans votre voiture. Créer plus vite, des catalyseurs plus efficaces pour réduire les coûts et les déchets nécessitent des observations claires et détaillées des catalyseurs lorsque les gaz de réaction sont introduits dans l'imagerie STEM. La nouvelle méthode fournit une feuille de route aux scientifiques pour réduire la diffraction de fond des gaz de réaction.

La microscopie électronique à transmission est une technique de projection dans laquelle un faisceau d'électrons est transmis à travers un échantillon et forme une image. L'image résultante peut ensuite être focalisée sur un dispositif d'imagerie et analysée.

Microscopie électronique à transmission à balayage, appelé STEM, balaye le faisceau d'électrons à travers l'échantillon, plutôt que le faisceau restant statique. L'image montre la diffusion des électrons en chaque point, fournissant la masse de chaque atome. La masse la plus élevée d'un atome, plus il apparaît lumineux dans l'image. C'est ce qu'on appelle le contraste Z. En utilisant le contraste Z, les scientifiques peuvent déterminer quels atomes individuels réagissent dans un catalyseur.

"L'idée est que vous pouvez réellement voir comment un catalyseur fonctionnerait en le visualisant à l'échelle atomique, " dit Browning, scientifique en catalyse.

Le problème est que lorsque des gaz de réaction sont ajoutés au catalyseur, le gaz nouvellement introduit déforme l'image, obscurcissant les réactions qui se produisent. Actuellement, il existe peu d'informations sur la manière d'ajuster correctement la pression du gaz de réaction dans la chambre d'imagerie pour produire des observations claires et détaillées.

Zhu et Browning ont créé un environnement in situ dans la chambre d'imagerie, ce qui signifie que les matériaux sont situés à l'intérieur de la chambre. Ils ont ensuite pompé différents gaz de réaction dans la chambre à différentes pressions pour mesurer la quantité de diffusion de fond qui s'est produite dans chaque image. Le résultat a été un plan détaillé sur la façon de soustraire la diffraction des gaz pour créer des images claires et détaillées prêtes à être interprétées.

"C'est une méthode qui peut être très largement appliquée aux observations de catalyse, ", explique Browning. "Nous avons décrit en détail comment procéder afin que toute autre personne souhaitant faire ce type d'expériences puisse faire la même chose et obtenir des [images] très détaillées."

La prochaine étape pour Zhu et Browning est d'étudier la diffraction de la pression du gaz sur différents catalyseurs.