برای اولین بار، تیمی بینالمللی به رهبری دانشگاه نورثوسترن موفق شد واکنش شیمیایی را به صورت زنده و واقعی در مقیاس اتمی مشاهده کند. آنها با فناوری تصویربرداری پیشرفته، ویدئوهای شگفتانگیزی از جابجایی اتمها در حین واکنش ثبت کردند. واکنش شامل جدا شدن اتمهای هیدروژن از یک مولکول الکل بود و در این میان، مولکولهای واسطهای بسیار کوتاهعمر نیز کشف شدند.
روش نوین SMART-EM
اهمیت شناخت فرآیند کاتالیز
مشاهده مولکولهای فرّار با «سینمای شیمی»
طراحی واکنش و کاتالیزگر خاص
کشف مرحلهای ناشناخته در واکنش
تأیید یافتهها با روشهای تکمیلی
چشمانداز آینده
روش نوین SMART-EM
این دستاورد با استفاده از میکروسکوپ الکترونی زمان-تفکیکی تکمولکولی با وضوح اتمی (SMART-EM) حاصل شده است. این روش به پژوهشگران امکان مشاهده دقیق مراحل واکنش در سطح مولکولی را میدهد.
اهمیت شناخت فرآیند کاتالیز
یوسی کراتیش، نخستین نویسنده مقاله، میگوید مشاهده این واکنشها در مقیاس اتمی، انقلابی در علم کاتالیز است. توبین مارکس، استاد شیمی، تأکید میکند که کاتالیزورها در صنعت نقش حیاتی دارند و درک بهتر عملکردشان میتواند منجر به فرآیندهای پاکتر و کارآمدتر شود.
مشاهده مولکولهای فرّار با «سینمای شیمی»
در بسیاری از واکنشها، مولکولهای واسطهای با عمر کوتاه وجود دارند که روشهای سنتی قادر به رصد آنها نیستند.
روش SMART-EM با دز پایین الکترونی و تصویربرداری سریالی، امکان مشاهده این مولکولها را فراهم کرد. ناکامورا این فناوری را «سینمای شیمی» نامیده است.
طراحی واکنش و کاتالیزگر خاص
تیم تحقیق واکنشی ساده شامل جدا کردن هیدروژن از الکل را انتخاب کرد.
کاتالیزگر تکسایت ساخته شده از ذرات اکسید مولیبدن روی نانولولههای کربنی، شرایطی پایدار برای مطالعه دقیق فراهم کرد.
کشف مرحلهای ناشناخته در واکنش
نتایج SMART-EM نشان داد:
آلدهید تولید شده روی سطح باقی میماند و فرار نمیکند.
آلدهیدها زنجیرههای کوتاه پلیمری میسازند.
آلدهید با الکل واکنش داده و مولکول واسطهای همیآکتال تشکیل میشود.
مولکولهای ناشناخته دیگری نیز به وجود میآیند.
تأیید یافتهها با روشهای تکمیلی
برای اطمینان، تیم از میکروسکوپهای مختلف، آنالیز پرتو ایکس و مدلسازی محاسباتی استفاده کرد که همه نتایج SMART-EM را تایید کردند.
چشمانداز آینده
کراتیش میگوید این فناوری نحوه نگاه به شیمی را متحول خواهد کرد.
هدف بعدی، ایزوله کردن مولکولهای واسطه، کنترل انرژی تزریقی و بررسی زنده سینتیک واکنش است.
منبع علمی:
Atomic-resolution imaging as a mechanistic tool for studying single-site heterogeneous catalysis” by Yosi Kratish, Yiqi Liu, Jiaqi Li, Anusheela Das, Leighton O. Jones, Amol Agarwal, Qing Ma, Michael J. Bedzyk, George C. Schatz, Takayuki Nakamuro, Eiichi Nakamura and Tobin J. Marks, 10 April 2025, Chem.
