在世界上最小的试管中混合溶液 研究人员在曼彻斯特大学展示了一种使用二维材料制造的纳米级试管进行实时观察化学反应的新方法，可以实现原子分辨率。自90年前电子显微镜发明以来，人们一直渴望能够实时观察溶液中化学反应的亚纳米分辨率。观测反应动态可以提供机理洞察，并指导调整产物性质的策略。透射电子显微镜（TEM）是少数几种能够分辨单个原子的仪器之一，尽管传统上它需要在真空环境中成像完全干燥的样品，因此排除了任何湿化学合成。基于之前发展的石墨烯液体电池，可以让TEM成像液相纳米结构，曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的研究人员与汉诺威莱布尼茨大学合作，展示了可以在显微镜内混合两种溶液并实时成像的方法。这项新研究今天发表在《先进材料》杂志上，详细介绍了用于研究碳酸钙生长的新成像平台。该材料对许多自然和合成化学过程至关重要。例如，碳酸钙是许多海洋生物壳体的主要成分，其形成过程受到海洋酸化程度增加的影响。碳酸钙沉淀还对理解混凝土降解至关重要，这种材料是许多产品的普遍添加剂，包括纸张、塑料、橡胶、油漆、墨水、药品、化妆品、建筑材料和动物食品。然而，尽管被广泛使用，碳酸钙的结晶机理仍在广泛讨论中。在这项工作中，作者们提供了实验证据，支持了一个理论预测的复杂结晶路径。由Sarah Haigh教授和Roman Gorbachev博士领导的团队设计了一个包含纳米级液体溶液隔间的不同二维材料堆叠，这些隔间在六角氮化硼中刻蚀形成，隔间之间由一个原子薄的膜分开，并用石墨烯封闭，作为观察电子束的“窗口”。两个溶液袋然后在显微镜内混合，通过聚焦电子束在局部破裂隔离膜，从而使两种预装的化学试剂混合，在原位监测结晶过程。主要作者Daniel Kelly博士解释说：“我们混合电池设计的一个关键特点是使用电子束来成像和穿透细胞。与以往的尝试不同，这使得我们能够从两种溶液接触的第一刻开始观察反应。”反应时间轴通过视频和高级图像处理技术进行捕获，以测量碳酸钙物种的演变。高空间分辨率和对混合时间的控制，以及原位元素分析的独特结合，使团队能够观察液滴向非晶态前驱体的转化，最终转化为晶体颗粒。结果显示了液液相分离的第一视觉确认，这是过去十年来在无机化学家中争论激烈的理论。对于这项新成像平台的未来方向，作者Nick Clark博士表示：“到目前为止，我们主要关注于表征碳酸钙的形成，但我们对于这种类型的实验可以扩展到研究许多其他复杂混合反应持乐观态度。”先进材料是曼彻斯特大学的研究灯塔之一 - 是一些开拓性发现、跨学科合作和跨部门合作的例子，它们正在解决地球面临的一些最大挑战。#研究灯塔 分享这一消息 进一步阅读”
