康奈尔大学研究人员开发的一项突破性成像技术,通过产生关于催化剂颗粒的令人惊讶且重要的信息,无法以任何其他方式获得,从而有望净化水。

化学教授彭辰开发了一种方法,可以在纳米级粒子上成像非荧光催化反应 - 不发光的反应。现有方法可以对产生光的反应进行成像,但这仅适用于一小部分反应,使得该新技术在从材料工程到纳米技术和能源科学的各个领域中具有潜在的重要意义。

研究人员随后展示了观察光电催化的技术 - 涉及与光相互作用的化学反应 - 环境修复的关键过程。

“该方法实际上非常简单 - 实施起来非常简单,而且非常简单,”7月8日出版于“ 自然化学 ”杂志上的“通过竞争进行非荧光反应超分辨率成像”的资深作者陈说。“它确实将反应成像扩展到几乎无限数量的反应。”

当催化剂(例如固体颗粒)加速分子变化时,发生催化反应。将这些反应在纳米尺度上成像(新技术允许科学家做),可以帮助研究人员了解最有效的催化剂颗粒的最佳尺寸和形状。

在该论文中,研究人员应用这项新技术对氢醌(一种在水中发现的微污染物)氧化钒酸铋催化剂颗粒进行成像,并发现了以前未知的催化剂行为,这些催化剂有助于使对苯二酚无毒。

“这些催化反应中有许多对环境很重要,”陈说。“所以你可以研究它们,学习如何去除含水环境中的污染物。”

此前,Chen的研究小组开创了单分子荧光成像的应用,这是一种非侵入性,相对便宜且易于实施的方法,使研究人员能够实时观察化学反应。因为该方法仅限于荧光反应,他的团队多年来一直致力于更广泛应用的方法。

他们发现的技术依赖于荧光和非荧光反应之间的竞争。竞争抑制荧光反应,允许其进行测量和绘图,从而提供关于非荧光反应的信息。

研究人员将他们的方法命名为COMPetition Enabled Imaging Technique with Super-Resolution,或COMPEITS。

“这种高度通用的技术可广泛应用于各类非荧光系统的成像,如未标记的蛋白质,神经递质和化学战剂,”彭说。“因此,我们希望COMPEITS成为一项突破性技术,对能源科学,细胞生物学,神经科学和纳米技术等许多领域产生深远影响。”