AFM images show bond formation in greatest detail yet — ABC Chemicals

Странные кольцевые субатомные изображения получаются в результате кривой физсорбции – хемосорбции Леннарда-Джонса

AFM images show bond formation in greatest detail yet - ABC Chemicals

Ученые в Германии поняли, что благодаря своим существующим впечатляющим микроскопическим изображениям отдельных атомов, которые выглядят еще ближе, они могут наблюдать, как образуются связи между парами атомов.1Франц Гиссибл из Университета Регенсбурга и его коллеги отслеживали силу, которую молекула монооксида углерода оказывает на отдельные атомы в субатомном разрешении, — и сделали новую интерпретацию.

Окись углерода сначала связывается с атомами металла посредством слабых ван-дер-ваальсовых сил, известных как физическая сорбция. Теперь исследователи изучили переход к более сильным прямым связям, известным как хемосорбция. «Мы можем реально записать энергетическую кривую в учебнике, которая описывает переход от физосорбции к хемосорбции в реальном эксперименте, спустя почти 90 лет после того, как он был описан сэром Джоном Леннард-Джонсом», — говорит Гиссибл. Мир химии, «В настоящее время мы не знаем никаких других наблюдений на этом уровне детализации».

В 2015 году команда Гиссибла опубликовала изображения атомно-силовой микроскопии (АСМ) субатомного разрешения для отдельных атомов меди и железа.2 В кропотливых экспериментах его команда сначала помещает молекулу окиси углерода в медный наконечник прибора АСМ. Затем они сканируют его по отдельным атомам, отображая крошечные изменения силы в масштабе нескольких пикометров или нескольких квадриллионных долей метра. Но то, что они нашли, озадачило их.

«В то время предполагалось, что наконечники из окиси углерода в основном отображали общую плотность заряда образца», — объясняет Гиссибл. Это должно означать, что сила отталкивания на острие была наибольшей в центрах атомов, то есть они выглядели как сферы на изображениях АСМ. Вместо этого отталкивание упало в их центры, и они появляются как кольца. Некоторые ученые полагали, что эффект может возникнуть из-за наклона молекулы угарного газа, известной проблемы для интерпретации таких изображений АСМ.

Силовой случай

Аспиранты Гиссибла Фердинанд Хубер и Джулиан Бервангер более внимательно изучили взаимодействие с атомами железа. После первоначальной силы притяжения Ван-дер-Ваальса они зафиксировали отталкивание, как и ожидалось. Но затем появилось еще более сильное влечение. Постепенно им стало ясно, что это было результатом образования химической связи. Кончик окиси углерода претерпевал переход от физосорбции к хемосорбции на атомах металла.

Гиссибл объясняет, что связь Ван-дер-Ваальса между острием окиси углерода и атомом железа создает притяжение с потенциальной энергией 5 мэВ. После преодоления отталкивания развивается химическая связь с потенциальной энергией 80 мэВ. «Хотя эта связь все еще слабее, чем связь между углеродным концом молекулы монооксида углерода и медным наконечником AFM, она в 16 раз сильнее, чем связь Ван-дер-Ваальса».

AFM images show bond formation in greatest detail yet - ABC Chemicals

Исследователи видели подобный эффект с атомами меди, но не с атомами кремния. Вместо этого после первоначального слабого ван-дер-ваальсового притяжения кремний создал отталкивание с ожидаемым сферическим появлением на АСМ-изображениях. Это свидетельствует о том, что ученые наблюдали хемосорбцию с атомами металла, такими как железо и медь, но не полуметаллический кремний.

Чтобы сделать этот случай еще более убедительным, команда Хьюберта Эберта из Мюнхенского университета им. Людвига Максимилиана помогла объяснить наблюдения, используя вычисления теории функционала плотности (DFT). Их моделирование показало, что изображения связаны с гибридизацией электронных орбиталей в атомах металла и атоме кислорода острия окиси углерода. Следовательно, Гиссибл говорит, что «уместно называть это образованием связи».

Исследование показывает, что совет АСМ «необходимо учитывать при рассмотрении интерпретации изображений с атомным разрешением», — комментирует Ульрике Диболд, эксперт по физике поверхности из Венского технического университета, Австрия. «Качество данных превосходно. Это также убедительно показывает, откуда взялся контраст — яркое кольцо вокруг изолированного атома меди или железа на поверхности ».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *