首次拍攝到單原子“游泳”的圖像

英國科學家在最新一期《自然》雜志刊發論文稱，他們借助石墨烯堆疊技術，制造出一種新型“納米皮氏培養皿”，以進一步了解液體如何改變固體的行為，在此基礎上首次拍攝到單原子在液體中“游泳”的圖像，最新發現有望促進制氫等綠色技術的發展。

當固體表面與液體接觸時，兩種物質都會隨著彼此的靠近而改變其構型。固液交界面上的這種原子級相互作用控制著用于燃料電池等的行為，也是許多生物過程的基礎。鑒于上述行為在工業和科學領域十分重要，科學家希望進一步了解與液體接觸的表面原子的行為，但目前缺乏能夠產生固液界面實驗數據的技術。

最新研究第一作者、曼徹斯特大學國家石墨烯研究所的尼克·克拉克博士指出，透射電子顯微鏡是為數不多能夠觀察和分析單個原子的技術之一，但透射電子顯微鏡需要在高真空環境下工作，而材料的結構會在真空環境發生變化，“如果在真空中而非液體電池內研究原子的行為，我們會得到錯誤信息”。羅曼·戈爾巴喬夫教授開創了二維材料堆疊技術，在最新研究中，他們使用相同技術開發出“雙石墨烯液體電池”：二維的二硫化鉬層完全懸浮在液體中，并由石墨烯封裝，這使研究人員能夠精確控制液體層，從而捕捉到前所未有的視頻，顯示單個原子在液體中如何游動。

通過分析視頻中原子的運動方式，并結合劍橋大學科學家提供的理論見解，研究人員能夠理解液體對原子行為的影響——液體可以加快原子的運動，并改變其相對于底層固體的首選靜止位置。

該團隊研究了一種有望用于綠色制氫的材料，研究人員表示：“這是一個里程碑式的成就，我們希望借助這項技術支持可持續化學處理材料的開發，助力全球實現零排放。”