Industrie

Moleculaire dynamiek van chemische reacties in realtime observeren

Moleculaire dynamiek van chemische reacties in realtime observeren



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.

Een voortdurende NIST (National Institute of Standards and Technology) project nadert een van de meest urgent gewilde doelen in de moderne wetenschap: het vermogen om de gedetailleerde dynamiek van chemische reacties waar te nemen terwijl ze plaatsvinden - op de ruimtelijke schaal van moleculen, atomen en elektronen, en op de tijdschaal van picoseconden of zelfs korter.

De onderzoekers hebben een hoogst ongebruikelijke, compacte en relatief goedkope röntgenbron bedacht en gedemonstreerd voor een beeldvormingssysteem dat binnenkort kan worden gebruikt om het soort 'moleculaire films' te produceren dat wetenschappers en ingenieurs nodig hebben. "Ik denk dat we in staat zullen zijn om interatomaire afstanden te meten tot sub-ångström nauwkeurigheid", zegt Joel Ullom van de Quantum Devices Group in de Quantum Electronics and Photonics Division van PML, Hoofdonderzoeker voor het samenwerkingsproject en hoofd van het team dat de röntgenbron heeft gemaakt. "En we zullen in staat zijn om activiteit op atomaire schaal te bekijken met picoseconde resolutie tijdens chemische reacties."

De "röntgenbron is een nieuw tafelmodel dat picoseconde pulsen van röntgenstraling creëert, een heilige graal onder wetenschappers die proberen de precieze, realtime beweging van elektronen, atomen en moleculen op te helderen", zegt Marla Dowell, leider van PML’s Sources and Detectors Group. "Uiteindelijk zal deze tafelbenadering het tegen elkaar kunnen opnemen met veel duurdere en uitgebreidere synchrotrontechnieken."

Het werkingsprincipe begint met een gepulseerde infrarood (IR) laserstraal, die in twee delen is opgesplitst. Het eerste deel wordt gebruikt om een ​​materiaal dat wordt bestudeerd te foto-exciteren, waardoor een chemische reactie wordt gestart. Het tweede deel wordt naar een vacuümkamer geleid, waarboven een waterreservoir is met een kleine opening die naar de kamer leidt. Water wordt in de kamer gezogen in een straal van 0,2 mm breed en de laserstraal wordt gericht op het stromende waterstraaldoel.

[caption id = "attachment_1198" align = "aligncenter" width = "300"] Close-up van een waterstraaldoel (verticale lijn, ~ 0,2 mm breed) dat wordt gebruikt om picoseconde röntgenimpulsen te produceren. [Afbeeldingsbron: Jens Uhlig][/onderschrift]

"Dit ontsteekt een plasma op het doelwit", zegt Ullom, "en sommige van de elektronen van de ionisatie worden versneld - dankzij de zeer grote elektrische velden van de laser - terug in het waterdoel. Daar ondergaan ze dezelfde soort abrupte vertraging als elektronen in een conventionele röntgenbuis. De IR-straal heeft heel weinig energie per foton. Maar wat er uit de interactie met het doelwit komt, zijn röntgenstralen met energieën 10.000 keer hoger. Vervolgens collimeren we de röntgenbundel zodat deze het gewenste monster raakt. " De röntgenstralen gaan vervolgens door het monster en in een aparte cryogene kamer waar supergeleidende röntgendetectoren het absorptiespectrum registreren.

In september toonde het team aan dat de röntgenbron stabiel was over aanzienlijke tijdsintervallen. De volgende stap is om er wetenschap mee te gaan doen. "We zijn erg geïnteresseerd in fotoactieve materialen, componenten voor de volgende generatie zonnecellen en katalysatoren", zegt Ullom. "We beginnen met modelsystemen en gaan vanaf daar verder.


Bekijk de video: Kenmerken van een chemische reactie (Augustus 2022).