Industri

Observera molekylär dynamik av kemiska reaktioner i realtid

Observera molekylär dynamik av kemiska reaktioner i realtid


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

En pågående NIST (National Institute of Standards and Technology) projektet avslutar ett av de mest eftertraktade målen inom modern vetenskap: förmågan att observera den detaljerade dynamiken i kemiska reaktioner när de sker - i den rumsliga skalan av molekyler, atomer och elektroner och på tidsskalan för pikosekunder eller ännu kortare.

Forskarna har utformat och demonstrerat en mycket ovanlig, kompakt och relativt billig röntgenkälla för ett bildsystem som snart kan användas för att producera den typ av "molekylära filmer" som forskare och ingenjörer behöver. "Jag tror att vi kommer att kunna mäta interatomära avstånd till sub-angstrom noggrannhet," säger Joel Ullom från Quantum Devices Group i PML: s Quantum Electronics and Photonics Division, Huvudutredare för samarbetsprojektet och chef för teamet som skapade röntgenkällan. "Och vi kommer att kunna titta på atomskalaktivitet med pikosekundupplösning under kemiska reaktioner."

"Röntgenkällan är ett nytt bordssystem som skapar pikosekundpulser av röntgenstrålar, en helig gral bland forskare som försöker belysa den exakta, realtidsrörelsen av elektroner, atomer och molekyler", säger Marla Dowell, ledare för PML: s Sources and Detectors Group. "Så småningom kommer denna bordsskärningsmetod att kunna konkurrera head-to-head med mycket dyrare och detaljerade synkrotrontekniker."

Funktionsprincipen börjar med en pulserande infraröd (IR) laserstråle, som är uppdelad i två delar. Den första delen används för att fotoexcitera ett material som studeras och starta en kemisk reaktion. Den andra delen dirigeras in i en vakuumkammare, över vilken en vattenbehållare har en liten bländare som leder till kammaren. Vatten dras in i kammaren i en 0,2 mm bred stråle och laserstrålen fokuseras på strömmande vattenstrålmål.

[caption id = "attachment_1198" align = "aligncenter" width = "300"] Närbild av vattenstrålmål (vertikal linje, ~ 0,2 mm bred) som används för att producera pikosekund röntgenpulser. [Bildkälla: Jens Uhlig][/rubrik]

”Detta tänder ett plasma på målet”, säger Ullom, “och några av elektronerna från joniseringen accelereras - på grund av de mycket stora elektriska fälten från lasern - tillbaka till vattenmålet. Där genomgår de samma typ av plötslig retardation som elektroner gör i ett konventionellt röntgenrör. IR-strålen har mycket lite energi per foton. Men det som kommer ut ur interaktionen med målet är röntgenstrålar med energier 10 000 gånger högre. Sedan kollimerar vi röntgenstrålen så att den träffar intresset. " Röntgenstrålarna passerar sedan genom provet och in i en separat kryogen kammare där supraledande röntgendetektorer registrerar absorptionsspektrumet.

I september demonstrerade teamet att röntgenkällan var stabil över betydande tidsintervall. Nästa steg är att börja göra vetenskap med det. "Vi är mycket intresserade av fotoaktiva material, komponenter för nästa generations solceller och katalysatorer", säger Ullom. ”Vi börjar med modellsystem och går därifrån.


Titta på videon: Kemiska reaktioner - Vad bildas? (November 2022).