L'amélioration de notre compréhension de la façon dont les atomes et les molécules individuels participent aux réactions chimiques est essentielle au développement de nouvelles technologies. Cependant, à ce jour, il n'a pas été possible d'imager la dynamique atomique sur des surfaces métalliques dans des conditions similaires à celles des procédés industriels d'intérêt. Maintenant, des chercheurs de l'Université d'Osaka ont utilisé la microscopie électronique à transmission environnementale in situ pour visualiser la dynamique atomique progressive dans des environnements réalistes. Cette réalisation importante a des implications pour des matériaux tels que les points quantiques - les matériaux fluorescents utilisés dans les LED, cellules solaires, et l'imagerie médicale et les nanocatalyseurs utilisés pour augmenter l'efficacité des processus industriels. Leurs conclusions ont été publiées dans Angewandte Chemie Édition Internationale .

De nombreux catalyseurs à nanoparticules et nanodispositifs reposent sur la migration d'atomes d'un état à un autre lorsqu'ils sont déclenchés par un stimulus électronique tel qu'une lumière intense. Les expériences qui ont cherché à comprendre ces processus ont généralement été menées dans des conditions qui ne reproduisent pas les échelles de temps ou les compositions atmosphériques pertinentes pour les applications réelles. Par exemple, de nombreuses expériences de surface telles que la microscopie électronique à transmission traditionnelle sont réalisées sous vide et limitent ainsi l'applicabilité des résultats.

Dans cette dernière étude, les chercheurs rapportent une technique de microscopie électronique à transmission environnementale in situ qui permet de visualiser directement les changements de la dynamique atomique d'une surface métallique dans un champ électrique puissant dans le temps et dans des conditions ambiantes. En particulier, les changements physiques résultant de l'oxydation d'une électrode en or par des atomes d'oxygène ont été suivis au fur et à mesure que la réaction progressait.

"Nous avons appliqué un champ électrique à travers un très petit espace entre les électrodes d'or, qui a activé les molécules d'oxygène gazeux présentes dans l'atmosphère par effet tunnel électronique extrêmement rapide, ", explique Ryotaro Aso, auteur principal de l'étude. "Cela a à son tour entraîné des changements progressifs à la surface des électrodes d'or - généralement considérées comme inactives - que nous avons pu clairement capturer en images."

Il s'agit de la première visualisation directe signalée des changements atomiques progressifs d'une surface métallique dans un champ électrostatique dans des conditions ambiantes.

« Nous nous attendons à ce que le système d'électrodes en or que nous avons étudié et notre approche de microscopie électronique à transmission environnementale offrent de nouvelles perspectives aux chercheurs en sciences des matériaux, ", explique Ryotaro Aso, auteur principal de l'étude. "Nous espérons que le processus de tunneling-électron-attaché-gaz démontré conduira à des développements dans les nanocatalyseurs et les nanopoints quantiques et permettra des synthèses sur mesure de nouveaux nanomatériaux." Ces nanomatériaux pourraient avoir des applications de grande envergure dans affiche, imagerie, et la production chimique.