2022年7月27日發表在最新一期《自然》雜誌上的一篇研究論文顯示：英國曼徹斯特大學的研究人員成功拍攝到了溶解在「王水」（王水是濃鹽酸和濃硝酸的混合物，能溶解金、鉑等不溶性金屬）中的鉑原子在溶液中漂浮和移動的過程。這是世界上第一個在溶液中成功實現原子可視化的研究項目，並且首次直接觀察到溶解在溶液中的原子是如何與固體表面相互作用的。今天小編就來給大家科普一些這方面的知識吧！
為什麼觀察溶液中原子的運動如此困難？
在沒有任何物體阻擋目標原子的真空中，電子顯微鏡發射的電子束可以直接被原子反射，於是我們便可以拍攝到原子解析度級別的影像圖了。然而，當目標原子溶解在溶液中時，電子束會發生散射，我們也就無法獲得準確的原子運動的影像數據了。因此，在相當長的時間裡人們都無從得知溶液中原子的運動行為規律和其他一系列的相關數據。
在這項研究中，研究人員是如何觀察到溶解在溶液中的原子的個體運動的？
首先，曼徹斯特大學的研究人員將溶解在王水中的鉑溶液夾在上下石墨烯材料之間，通過將王水和鉑原子封裝在石墨烯薄片中，這樣就可以抑制電子散射並提高觀察精度，就像顯微鏡的超薄載玻片一樣。在這個新穎的「納米培養皿」中，通過透射電子顯微鏡 (TEM)，人們便能夠觀察到在「納米培養皿」中移動的孤立原子層中的單個原子。
了解溶液中原子的運動規律對人類有什麼用途？
該研究團隊的研究人員表示，了解原子的獨特運動將改變人類在化學和生物學方面的一系列基礎性認知，例如在電池中發生的化學反應是通過溶解在溶液中的原子引起的連鎖反應引起的。因此，如果我們能夠了解清楚溶液對原子行為造成的一系列未知的影響，就有可能創造出基於現有技術不可能發生的化學反應，並了解一系列未知的化學現象。當然，如果人們能將化學的研究推進到原子反應的層級，那麼這將是繼工業革命和信息技術革命之後，可能會出現的另一場將人類科學水平提升到一個新維度的納米技術革命。
作者｜吳磊
來源｜鄭州市第二屆科普徵文大賽投稿入選作品
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