可实现纳米粒子表面结构高分辨率成像的新技术

wawa

近日，由于韦斯屈莱大学的HannuHäkkinen教授领导的中国和芬兰的研究团队，利用扫描隧道显微镜（STM），获得了银纳米粒子的表面结构的极高分辨率成像，甚至可以识别保护表面的分子的各个结构部分。

      该研究成果最近发表在Nature Communications上，并且被选为该期刊每月收集的重点论文。

      通过原子分辨率研究纳米粒子的表面结构，对理解其结构对应的化学性质，分子相互作用以及功能是至关重要。对于表面结构的研究长期适用于纳米级分辨率的成像技术，其中最常见的是基于电子隧道效应的扫描隧道显微镜（STM）和基于小型测量的原子力显微镜（AFM） 。

      然而，实现分子分辨率成像已经被证明是非常具有挑战性的。例如，纳米颗粒表面的曲率与扫描尖端的曲率具有相同的数量级；测量对环境干扰敏感，影响分子的热运动。

      研究人员采用银纳米粒子作为研究对象。纳米颗粒的金属核具有374个银原子，表面由一组113个TBTT分子保护。TBBT（叔丁基苯硫醇）是在其末端具有三个独立碳基团的分子。在STM实验中，低温对这种类型的纳米颗粒样品成像，在由图像形成的隧穿电流中观察到清晰的顺序调制。

      Häkkinen 表述：“这是纳米粒子表面结构的STM成像研究中，首次能够'看到'分子的各个部分。我们的计算工作对于验证实验结果非常重要。但是，我们希望做更加深入的研究，我们应该探究是否可以使用模拟识别成像粒子的精确方向。”

      为此，Häkkinen的小组计算了1665个不同方向的银粒子的模拟STM图像，并开发了一种模式识别算法，以确定哪些模拟图像与实验数据最匹配。

      Häkkinen指出：“我们相信，我们的工作为纳米结构的成像提供了一种新的策略。未来，模式识别算法和人工智能将成为纳米结构图像应用不可或缺的一部分。我们的工作只是第一步，这也是为什么我们将开发的模式识别软件公开给其他研究人员。”

      该纳米粒子由厦门大学的Nanfeng Zheng教授的研究小组进行合成，由大连化学物理研究所的Zhibo Man教授指导指导进行了STM测量；Häkkinen教授小组的博士生Sami Kaappa和高级研究员Sami Malola对该研究进行了计算； 该研究收到了芬兰科学院AIPSE计划的资助；CSC- 芬兰IT科学中心和巴塞罗那超级计算中心提供了所有需要高功率计算的模拟。

High-resolution imaging of nanoparticle surface structures is now possible