分析纳米多孔材料的新方法

除了主要成分之外，晶体和纳米多孔材料的性能通常很大程度上取决于嵌入其晶格结构微小孔中的客体原子或离子。这适用于传感器或分离技术中使用的高科技材料以及天然材料。例如，如果没有此类客体成分，蓝色宝石海蓝宝石将是无色的。确定客体成分的类型和位置很困难，因为许多材料对电子显微镜的辐射发射反应敏感。得益于格拉茨理工大学 (TU Graz) 电子显微镜和纳米分析研究所 Daniel Knez 和 Ferdinand Hofer 领导的团队开发的新方法，现在可以在辐射更少的情况下完成这项工作，因此更加容易。 “我们方法的独特之处在于，我们可以根据单个电子显微镜图像确定晶体通道或纳米孔中离子的三维分布，”Daniel Knez 说。

海蓝宝石神秘的蓝色

研究人员在分析海蓝宝石时开发了他们的方法。到目前为止，人们还不知道使石头呈现蓝色的铁到底位于晶体中的哪个位置。一种假设是，单个铁原子被卡在孔隙中，并从那里产生这种效应。但现在这一说法已被驳斥。在他们的实验中，研究人员毫无疑问地证实，孔隙中不存在铁，而是铯离子。赋予颜色的铁原子位于靠近铯离子的位置，但集成到晶格的柱中。

以原子分辨率为基础的单幅图像

在实验中，研究人员使用 ASTEM 显微镜(一种扫描透射电子显微镜)以原子分辨率记录了海蓝宝石晶体的所谓 Z 对比度图像。 ASTEM 显微镜的电子束聚焦在晶体样品的表面，同时也穿透到材料的孔隙中。如果它击中存储在那里的离子，它们就会在图像中显示为亮点。根据与空孔和邻近晶格结构的对比强度，研究人员可以确定嵌入离子的类型，并估计它们在孔中的位置有多深。对这些数据进行统计分析，并与晶体结构的大量模拟进行比较，以便能够估计影响测量信号的各种因素。研究人员最近在《通讯材料》杂志上发表了他们的发现。

创新方法为材料科学开辟了新的可能性

除了基础研究外，新方法还适用于新材料的定向开发。 Ferdinand Hofer 表示：“我们的方法可用于精确确定掺杂元素(即目标功能控制添加剂)在纳米多孔材料(如沸石或金属有机骨架化合物)中的位置。”这有助于优化未来电池中的(单原子)催化剂和固态电解质，或开发用于控制药物摄取的生物医学应用。

该研究领域以先进材料科学专业领域为基础，是格拉茨工业大学的五个战略重点之一。

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