นักวิทยาศาสตร์ในประเทศจีนได้คิดค้นสิ่งที่พวกเขาอธิบายว่าเทียบเท่าโมเลกุลของเข็มทิศเพื่อวัดปฏิกิริยาระหว่างแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอระหว่างอะตอม พวกเขาทำได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดใหม่เพื่อติดตามการหมุนของโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนเดี่ยวภายในผลึก นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเซ็นเซอร์ขนาดเล็กของพวกเขาสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกระบวนการระดับโมเลกุล
เช่น การ
เร่งปฏิกิริยาและการเปลี่ยนเฟส แรงแวนเดอร์วาลส์เกิดขึ้นจากความผันผวนชั่วคราวของความหนาแน่นของประจุในอะตอมหรือโมเลกุลข้างเคียง แม้ว่าพวกมันจะมีประสิทธิภาพในระยะทางที่จำกัด แต่พวกมันมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่งในธรรมชาติและใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม
โดยมีบทบาทสำคัญในสาขาต่างๆ ตั้งแต่ฟิสิกส์สสารควบแน่นไปจนถึงชีววิทยาโครงสร้าง อย่างไรก็ตาม การวัดโดยตรงมักจะต้องใช้เทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับการศึกษาอะตอมเดี่ยว ในงานล่าสุด ในประเทศจีนและเพื่อนร่วมงานหันมาใช้เทคนิคที่มีชื่อเรียกอย่างรวดเร็วซึ่งเรียกว่า
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดแบบผสมผสาน เช่นเดียวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนรูปแบบอื่น ใช้ประโยชน์จากความยาวคลื่นสั้น ของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานเพื่อสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงกว่าคลื่นแสงที่เป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม มีข้อได้เปรียบที่สำคัญสองประการเหนือ
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนประเภทอื่นๆ พัฒนาโดยนักวิจัยประเทศเนเธอร์แลนด์ (รวมถึงสมาชิกกลุ่มปัจจุบันอย่าง) โดยใช้ข้อมูลภาพแบบบูรณาการ ซึ่งให้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูงขึ้นสำหรับฟลักซ์ของอิเล็กตรอนที่กำหนด และทำให้อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กลง ปริมาณที่จะใช้
นอกจากนี้ คอนทราสต์ของภาพจะปรับขนาดเชิงเส้นโดยประมาณด้วยเลขอะตอม Z แทนที่จะใช้ Z 2ทำให้เหมาะกับการศึกษาระบบที่มีทั้งธาตุเบาและหนัก โมเลกุลเดี่ยวในผลึก ระบบในการทดลองของทีมซิงหัวมีความไวต่อลำแสงอิเล็กตรอนมาก และทำมาจากพาราไซลีน
โมเลกุล
เดี่ยว (ประกอบด้วยคาร์บอน 8 อะตอมและออกซิเจน 10 อะตอมต่ออะตอม) ติดอยู่ภายในช่องว่างของผลึกซีโอไลต์ (ซีโอไลต์เป็นแร่ธาตุที่มีรูพรุนขนาดเล็กที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่ก็มีการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมในปริมาณมากเช่นกัน) ประเภทของซีโอไลต์ที่ใช้ในการวิจัยนี้เรียกว่า ZSM-5 ประกอบด้วย
วงแหวนของอะตอมซิลิกอนและออกซิเจนที่เชื่อมโยงรอบรูขนาดใหญ่ใน แผ่นตาข่ายสองมิติ เมื่อแผ่นเหล่านี้สองสามแผ่นซ้อนทับกัน รูจะเรียงตัวกัน ทำให้เกิดช่องตื้นๆ ผ่านโครงสร้าง Wei และเพื่อนร่วมงานวางโมเลกุลพาราไซลีนลงในช่องทางเหล่านี้โดยผสมผง และของเหลวพาราไซลีน
ในการสร้างเข็มทิศ Wei และเพื่อนร่วมงานใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าเส้นรอบวงของแต่ละหลุมประกอบด้วยวงแหวนของซิลิคอน 10 อะตอมและอะตอมของออกซิเจน 10 อะตอม กระจายอยู่ห่างกันประมาณ 18 องศาโดยประมาณ แนวคิดคือการใช้โมเลกุลพาราไซลีนภายในวงแหวนแต่ละวงเป็นตัวชี้
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในแกนของโมเลกุลที่สัมพันธ์กับอะตอมของซิลิกอนและออกซิเจน (“จุดเข็มทิศ”) จะบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงในอันตรกิริยาของแวนเดอร์วาลส์ในท้องถิ่น นักวิจัยสามารถระบุธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้โดยการถ่ายภาพโมเลกุลและสังเกตการวางแนวของมัน
แกนยาวในระนาบของวงแหวน การเปลี่ยนแปลงแรงเล็ก ๆและเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถใช้เข็มทิศเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของแรงทั้งในอวกาศและเวลาได้ พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงการวางแนวของตัวชี้พาราไซลีนดังที่เห็นในภาพที่จัดทำกับ
การเปลี่ยน
แปลงรูปร่างของวงแหวน (วงรีเล็กน้อย) พวกเขาวัดความผันแปรเหล่านี้โดยใช้การวัดความเข้มเพื่อสร้างระยะห่างระหว่างคู่ของอะตอมที่ด้านตรงข้ามของวงแหวน นักวิจัยได้เปรียบเทียบวงแหวนหลายวงและพบว่าพอยน์เตอร์มักจะเรียงตัวกันตามแกนหลักในแต่ละวงรี พวกเขายังพบว่าตัวชี้
ในวงแหวนใด ๆ มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ระหว่างจุดเข็มทิศเพื่อให้อยู่ในแนวเดียวกับแกนที่ยาวที่สุดเมื่อวงแหวนเปลี่ยนรูปร่าง (อันเป็นผลมาจากการเปิดรับอิเล็กตรอนมากขึ้น) เพื่อเชื่อมโยงการตอบสนองเหล่านี้กับการเปลี่ยนแปลงในอันตรกิริยานักวิจัยใช้การคำนวณหลักการแรกเพื่อหาว่าพลังงานอันตรกิริยา
ของโมเลกุลพาราไซลีนควรแปรผันตามรูปทรงของวงแหวนอย่างไร พวกเขาพบว่าสำหรับวงรีแต่ละวงที่ต่างกัน โมเลกุลแต่ละตัวจะเรียงตัวกันตามแกนที่ยาวที่สุดโดยมีพลังเสมอ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแต่ละโมเลกุลในโมฆะผลึกนั้นทำหน้าที่เป็น “เข็มทิศแวน เดอร์ วาลส์” อย่างแท้จริง
ความท้าทายในการตีความให้เหตุผลว่างานนี้อาจมีการประยุกต์ใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาโดยใช้ซีโอไลต์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้ในการเปลี่ยนแอลกอฮอล์เป็นน้ำมัน ขณะที่เธอชี้ให้เห็นว่า ZSM-5 มีอะตอมของอะลูมิเนียม ซึ่งสามารถให้โปรตอนระหว่างปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส
ในเนเธอร์แลนด์ กล่าวชื่นชม Wei และเพื่อนร่วมงานว่า “ตัวอย่างที่เตรียมมาอย่างดีและการถ่ายภาพที่ล้ำสมัย” อย่างไรก็ตาม เขาเสริมว่าการใช้ภาพสองมิติเพื่อแสดงโครงสร้างสามมิติทำให้กระบวนการคำนวณพลังงานปฏิสัมพันธ์ซับซ้อนขึ้น นอกจากนี้เขายังตั้งคำถามถึงขอบเขตที่อิเล็กตรอนในการถ่ายภาพ
ประเทศญี่ปุ่น กล่าวว่า แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพโมเลกุลเดี่ยวแล้ว แต่ก่อนหน้านี้ก็ยังไม่มีใครยึดโมเลกุลเดี่ยวภายในรูขุมขนของซีโอไลต์มาก่อน เขาคิดว่าความสามารถนี้อาจทำให้โมเลกุลที่แตกต่างกันสองโมเลกุลเรียงตัวกันหรือทำปฏิกิริยากันเองได้ แม้ในปริมาณที่น้อย ก็ยังอาจส่งผลกระทบต่อโครงสร้างอะตอมที่กำลังศึกษาอยู่ซึ่งมีความสำคัญต่อการเร่งปฏิกิริยาดังกล่าว
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
