Облучение лазером модифицированного зонда атомно-силового микроскопа позволило исследователям из Германии и Нидерландов наблюдать протекание каталитической реакции в режиме реального времени непосредственно на наноруровне.

Методика является комбинацией атомно-силовой микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеивания, при этом серебряное покрытие зонда микроскопа играет сразу две роли – роль катализатора и роль вещества, усиливающего сигнал при регистрации спектра КР. Такой гибридный подход позволил исследователям наблюдать процесс каталитической конверсии реагентов с разрешением до нескольких нанометров.

Разработанная методика является дальнейшим развитием метода, известного как спектроскопия усиленного зондом рамановского рассеяния [tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS)], она разработана Фолькером Декертом (Volker Deckert) из Университета Йены и Бертом Векхуйзеном [Bert Weckhuysen] из Университета Утрехта.

Суть обычной спектроскопии комбинационного рассеяния заключается в регистрации спектральных линий излучения, рассеянного образцом (в твердой, жидкой или газообразной фазе). Эти спектральные линии, отсутствующие в спектре первичного (возбуждающего) излучения, соответствуют определенным колебаниям групп атомов. Это позволяет определить наличие определенных функциональных групп по характеристическим частотам колебаний их фрагментов. Для спектроскопии усиленного зондом рамановского рассеяния (TERS) используется модифицированный зонд атомно-силового микроскопа, покрытый серебряными узелками, значительно усиливающими спектральный сигнал.

Важно отметить, что эффект усиления сигнала локализован на небольшой области – в несколько квадратных нанометров.

Декерт и Векхуйзен продемонстрировали, что

усиливая сигнал спектра КР, наночастицы серебра, локализованные на зонде атомно-силового микроскопа могут также выполнять функцию катализатора, что позволяет «взглянуть» на то, как реагенты превращаются в продукты непосредственно на поверхности катализатора. Для демонстрации методики исследователи изучали фотокаталитическое восстановление п-нитрофенола.

Продемонстрировав принципиальную возможность применения новой методики, исследователи получили возможность изучения того, как каталитические процессы протекают на наноуровне, изучая как саму реакцию, так и строение активного каталитического центра.

Пенг Чен (Peng Chen), специалист по спектроскопии отдельных молекул отмечает, что работа Декерта и Векхуйзена представляет собой замечательный пример, позволяющий расширить привычные границы возможностей изучения протекающих на поверхности каталитических процессов в режиме реального времени, однако, по его словам, новый метод еще может быть значительно модифицирован.