Исследователи создали первые в мире видео химического синтеза с атомным разрешением

Москва, 14:55, 23 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Впервые исследователям удалось просмотреть ранее недоступные детали определенных химических процессов. Они показали, что существуют значительные дискретные стадии этих процессов, которые основаны на существующих знаниях химического синтеза. Эти детали могут помочь в разработке методов синтеза химических веществ с большей точностью, чем когда-либо прежде. Такие методы могут быть полезны в материаловедении и разработке лекарств.

«С 2007 года физики осуществили мечту более 200 лет — способность видеть отдельный атом», — сказал профессор проекта Эйичи Накамура из Университета Токио. «Но на этом все не закончилось. Наша исследовательская группа вышла за рамки этой мечты, чтобы создать видеоролики молекул, чтобы увидеть химические реакции в беспрецедентных деталях».

Переходные стадии сложных химических реакций трудно изучать, так как существует множество промежуточных процессов, которые происходят между началом и концом большинства реакций. В принципе, отдельные этапы можно было увидеть, но в действительности было невозможно выделить продукты на каждом этапе и увидеть, как они менялись со временем. Накамура, Харано и его команда потратили более 10 лет на эту проблему и разработали метод, называемый молекулярной электронной микроскопией.

Кадры видео, показывающего впервые кубическую молекулу, критическую для кристаллов MOF

Чтобы изолировать и защитить определенные молекулы, команда использовала специально модифицированную углеродную нанотрубку. Она захватит проходящую молекулу и удержит ее на месте, но, что важно, не будет мешать реакциям этой молекулы. Таким образом, каждая стадия реакции будет проходить на кончике нанотрубки, которая в свою очередь удерживается на месте в фокусе электронного микроскопа. Полученные данные можно преобразовать в видео о реакциях в реальном времени.

Это только первый шаг к способности получить контроль над химическим синтезом точным и контролируемым образом — термин, который исследователи называют «рациональным синтезом». Важно наблюдать за деталями реакций по мере их развития, чтобы их можно было эффективно перепроектировать. 200 лет назад мечта была увидеть атом. Теперь мечта состоит в контроле за молекулами, чтобы создавать такие вещи, как синтетические минералы для строительства или даже новые лекарства для спасения жизней.