นักวิทยาศาสตร์ใช้เคมีที่ได้รับรางวัลโนเบลเพื่อพัฒนาพลังงานสะอาด

นักวิจัยได้แปลเทคนิคทางชีววิทยาซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2017 เพื่อเปิดเผยเคมีระดับอะตอมในอนุภาคนาโนของโลหะ วัสดุเหล่านี้เป็นหนึ่งในตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับระบบแปลงพลังงาน เช่น เซลล์เชื้อเพลิง นี่เป็นครั้งแรกที่ใช้เทคนิคนี้สำหรับการวิจัยประเภทนี้ อนุภาคมีรูปทรงเรขาคณิตรูปดาวที่ซับซ้อน และผลงานชิ้นใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าขอบและมุมสามารถมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ซึ่งตอนนี้สามารถปรับแต่งเพื่อลดต้นทุนของแบตเตอรี่และเครื่องฟอกไอเสีย รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2017 ตกเป็นของ Joachim Frank, Richard Henderson และ Jacques Dubochet สำหรับบทบาทของพวกเขาในการบุกเบิกเทคนิค 'การสร้างอนุภาคเดี่ยว' เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนี้เผยให้เห็นโครงสร้างของไวรัสและโปรตีนจำนวนมาก แต่โดยปกติจะไม่ใช้กับโลหะ ปัจจุบัน ทีมงานจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดและมหาวิทยาลัยแมคควารี ได้สร้างเทคนิคที่ได้รับ รางวัล โนเบลเพื่อสร้างแผนที่องค์ประกอบสามมิติของอนุภาคนาโนโลหะซึ่งประกอบด้วยอะตอมเพียงไม่กี่พันอะตอม งานวิจัยของพวกเขาที่ตีพิมพ์ในวารสารNano Letters แสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะทำแผนที่องค์ประกอบต่างๆ ในระดับนาโนเมตรในรูปแบบสามมิติ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่ออนุภาคที่กำลังศึกษา อนุภาคนาโนของโลหะเป็นองค์ประกอบหลักในตัวเร่งปฏิกิริยาหลายชนิด เช่น อนุภาคนาโนที่ใช้ในการเปลี่ยนก๊าซพิษในท่อไอเสียรถยนต์ ประสิทธิภาพของพวกมันขึ้นอยู่กับโครงสร้างและเคมีของพวกมันเป็นอย่างมาก แต่เนื่องจากโครงสร้างที่เล็กอย่างไม่น่าเชื่อ จึงจำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อให้ภาพเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม การถ่ายภาพส่วนใหญ่จำกัดอยู่ที่การฉายภาพ 2 มิติ ศาสตราจารย์ Sarah Haigh จาก School of Materials มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ กล่าวว่า "เราได้ตรวจสอบการใช้เอกซ์เรย์ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อทำแผนที่การกระจายธาตุในสามมิติมาระยะหนึ่งแล้ว" "โดยปกติแล้วเราจะหมุนอนุภาคและถ่ายภาพจากทุกทิศทาง เช่น การสแกน CT ในโรงพยาบาล แต่อนุภาคเหล่านี้สร้างความเสียหายเร็วเกินไปที่จะสร้างภาพ 3 มิติได้ นักชีววิทยาใช้วิธีการอื่นสำหรับการสร้างภาพ 3 มิติ และเราตัดสินใจที่จะ สำรวจว่าสามารถใช้เทคนิคนี้ร่วมกับเทคนิคสเปกโทรสโกปีเพื่อทำแผนที่องค์ประกอบต่างๆ ภายในอนุภาคนาโนได้หรือไม่" "เช่นเดียวกับ 'การสร้างอนุภาคเดี่ยว' เทคนิคนี้ทำงานโดยการถ่ายภาพอนุภาคจำนวนมากและสมมติว่าพวกมันมีโครงสร้างเหมือนกันทั้งหมด แต่จัดเรียงในทิศทางที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับลำแสงอิเล็กตรอน จากนั้นภาพจะถูกป้อนเข้าสู่อัลกอริทึมของคอมพิวเตอร์ซึ่งจะแสดงผลเป็นสามมิติ สร้างใหม่" ในการศึกษาปัจจุบัน วิธีการถ่ายภาพทางเคมี 3 มิติแบบใหม่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบอนุภาคนาโนของโลหะแพลทินัม-นิกเกิล (Pt-Ni) ผู้เขียนนำ Yi-Chi Wang จาก School of Materials กล่าวเสริมว่า "อนุภาคนาโนที่ทำจากแพลทินัมเป็นหนึ่งในวัสดุเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งาน เช่น เซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่ ข้อมูลเชิงลึกใหม่ของเราเกี่ยวกับการกระจายสารเคมีในท้องถิ่นแบบ 3 มิติ สามารถช่วยให้นักวิจัยออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาได้ดีขึ้นซึ่งมีต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพสูง" "เรามีเป้าหมายที่จะทำให้ขั้นตอนการสร้างสารเคมี 3 มิติของเราเป็นไปโดยอัตโนมัติในอนาคต" ผู้เขียนกล่าวเสริม ดร. โทมัส สเลเตอร์ "เราหวังว่าจะสามารถให้วิธีการที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ในการถ่ายภาพประชากรอนุภาคนาโน ซึ่งจำเป็นเร่งด่วนในการเร่งเพิ่มประสิทธิภาพของการสังเคราะห์อนุภาคนาโนในวงกว้าง การใช้งานที่หลากหลาย เช่น การตรวจจับทางชีวการแพทย์ ไดโอดเปล่งแสง และเซลล์แสงอาทิตย์"