Небольшая группа химиков Российской академии наук установила, что атомы металлов, а не наночастицы, играют ключевую роль в катализаторах, используемых в тонком органическом синтезе. В исследовании, опубликованном в Журнале Американского химического общества , группа использовала несколько видов электронной микроскопии для отслеживания области катализатора во время реакции, чтобы узнать больше о том, как она протекает. Предыдущие исследования показали, что существует два основных метода изучения реакции. Первый — самый простой: по мере добавления ингредиентов за реакцией просто наблюдают и/или измеряют.
Этот метод использует высокоскоростных камеры. Конечно, этот подход не будет работать с наноразмерными реакциями. В таких случаях химики используют второй метод: они пытаются зафиксировать состояние всех компонентов до и после реакции, а затем сравнивают их, чтобы узнать больше о том, что произошло. Однако этот второй подход оставляет желать лучшего, так как нет возможности доказать, что изучаемые объекты соответствуют друг другу. В последние годы химики работают над новым подходом: наблюдением за действием одной частицы во время реакции. Этот новый метод доказал свою эффективность, но у него есть и ограничения — его нельзя использовать для реакций, происходящих в наномире.
В этой новой работе исследователи использовали несколько типов электронной микроскопии в сочетании с алгоритмами машинного обучения. Чтобы проверить свои идеи, исследователи использовали в качестве катализатора углеродную подложку с внедренными наночастицами палладия. Изучая реакции с использованием такого катализатора с помощью нескольких типов электронных микроскопов, а затем обучая алгоритм машинного обучения с результатами, они смогли отследить область катализатора, когда он проходил реакцию. Так же они смогли увидеть, что помимо наночастиц, играющих роль в реакции, существуют отдельные атомы металла, а также и кластеры. Дальнейшее исследование показало, что примерно 99% каталитической активности было обусловлено атомами палладия, а не наночастицами, несмотря на то, что они составляют всего 1% массы палладия.
