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據報道，諾丁漢大學納米尺度及微尺度研究中心（nmRC）的研究團隊在原子團行為的研究方面取得了重大突破。

該團隊使用透射電子顯微鏡（TEM），成功地“拍攝”了分子間化學反應，實現了金屬納米團簇原子級動力學和化學分辨成像的轉變。從而能夠按照原子與碳鍵合的順序和催化活性對14種不同的金屬進行排序，并且按照元素周期表順序顯示出顯著的變化。

該最新研究成果“中后期過渡金屬納米催化劑的原子尺度動力學比較”已發表在Nature Communications上。納米材料教授兼nmRC主任Andrei Khlobystov表示：“由于顯微鏡和光譜學技術的進展，我們對分子和原子的行為取得了更多的了解。然而，原子級金屬簇的結構和動力學仍然是一個謎。通過即使成像直接揭示的復雜原子動力學，可揭示納米催化劑的原子運作過程。”

對全球GDP的貢獻

金屬納米團簇的原子級動力學決定了它們的功能和化學性質，如催化活性，能夠顯著提高化學反應速率。目前，許多關鍵的工業技術都依賴于納米催化劑，如水凈化、燃料電池技術、儲能以及生物柴油生產。

Khlobystov教授指出：“催化反應對全球GDP具有很大的貢獻，在原子水平上理解納米團簇的動態行為是一項重要而緊迫的任務。然而，納米催化劑非均勻結構，例如，尺寸、形狀、晶相的分布，為研究帶來了巨大的挑戰。此外，在相同的材料中共存及其高度動態的性質，納米團簇過程復雜結構的變化，使得原子行為機制幾乎不可能被闡明。”

從單分子動力學到原子團簇

Khlobystov教授領導了英德合作研究團隊，利用電子束研究在透射電子顯微鏡（TEM）中對單分子動力學成像的影響。利用電子束同時作為成像工具和能量源來驅動化學反應，成功地進行了分子的成膜反應。該研究已于去年在ACS Nano雜志上發表。

納米管中的周期表

Khlobystov教授表示：“我們使用碳納米管對微小的化學元素簇進行取樣，每個化學元素僅由幾十個原子組成。通過捕獲一系列相關金屬元素的納米團簇，我們在納米尺度范圍測試。這是極具挑戰性的過程，因為大多數金屬納米團簇對空氣非常敏感。納米試管和透射電子顯微鏡的結合使我們可以觀察到金屬納米團簇，與碳的結合，并且發現與金屬在周期表中的位置有明顯的聯系。”

烏爾姆大學實驗物理學教授，材料科學電子顯微鏡組組長Ute Kaiser表示：“像差校正的透射電子顯微鏡和低維材料的結合使用，如納米管，能夠將分析和理論化學的進步與電子顯微鏡的最新發展有效結合，從而使我們能夠對原子尺度的現象有了新的認識，例如，納米催化在這項工作中的應用。

以前所未有的分辨率觀察納米團簇

諾丁漢大學理論與計算化學教授埃琳娜•貝斯利表示：“該研究表明，金屬納米團簇與碳納米管鍵合，為研究有機金屬化學提供了一個通用的平臺。通過比較不同過渡金屬的鍵合和化學反應以及闡明納米催化劑的結構，對于發現新的反應機制和更有效的催化劑具有重要的作用。

該研究是Ulm-Nottingham合作出版的20多篇關于分子和納米材料電子顯微鏡的高質量論文中的一項最新研究。