پژوهشگران با ترکیب روش میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی و طیف‌سنجی رامان موفق به بررسی فرآیند شکسته شدن و تجزیه مولکول آب در مقیاس نانومتری شدند.
ترکیب STM و طیف‌سنجی رامان برای درک بهتر فرآیند تجزیه آب در مقیاس‌نانو
این آزمایشی بسیار مشهور است که در آن، ولتاژ بین دو الکترود اعمال می‌شود تا آب تبدیل به هیدروژن مولکولی و اکسیژن شود. محققان درصدد هستند تا شکستن مولکول آب را تا حد امکان با بازده بالا انجام دهند و از آن برای کاربردهای مختلف صنعتی استفاده کنند.
روش‌های تحقیق پیشین به قدر کافی دقیق نبودند تا بتوانند واکنش شیمیایی اتفاق افتاده در مراکز فعال در سطح الکترود را با قدرت تفکیک بالا و در شرایط واقعی آزمایشگاه رصد کنند.
به تازگی یک تیم تحقیقاتی به رهبری کاترین دومک روشی ارائه کرده است که در آن، امکان مطالعه مراحل اولیه شکستن الکتروکاتالیستی مولکول آب روی سطح طلا وجود دارد. این کار برای اولین بار با قدرت تفکیک کمتر از ده نانومتر در شرایط واقعی آزمایشگاه انجام شده است.
دومک می‌گوید: «ما توانستیم به‌صورت عملی نشان دهیم که سطوح با برجستگی‌های نانومتری می‌توانند آب را با کارایی بالا تجزیه کنند. با این نتایج ما می‌توانیم فعالیت‌های کاتالیستی مراکز فعال را در طول مراحل اولیه تجزیه آب رصد کنیم.»
محققان این پروژه از ترکیب چند روش برای این تحقیق استفاده کردند. از آنجایی که طیف‌سنجی رامان دارای محدودیت‌هایی است، آن‌ها این طیف‌سنجی را با روش میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی ترکیب کردند. در این روش با نوکی نانومقیاس از جنس طلا که لیزر به آن تابیده می‌شود، سطح پایش می‌شود. با ترکیب این میکروسکوپ با رامان، محققان موفق شدند تا سیگنال رامان را چند صد برابر تقویت کنند که این کار به دلیل نقش نوک میکروسکوپ به‌عنوان آنتن است.
دومک می‌افزاید: «ما توانستیم نشان دهیم که در هنگام شکستن مولکول آب در نقاط ناهموار نانومقیاس، یعنی مراکز فعال، دو اکسید طلای مختلف تشکیل می‌شوند که می‌توانند واسطه‌های مهمی در جداسازی اتم اکسیژن از هیدروژن باشند.»
پژوهشگران دیدگاه‌های دقیق‌تری نسبت به فرآیندهای در حال انجام در مقیاس نانومتری روی سطح واکنش به‌دست آوردند که می‌تواند برای طراحی الکتروکاتالیست‌های کارآمد در آینده مفید باشد.
