Kemisk avbildning av ytor är avgörande för att förstå sambanden mellan strukturella, kemiska och funktionella egenskaper inom discipliner som sträcker sig över den kemiska, material- och biologiska vetenskaper. Konventionella metoder för kemisk analys är vanligtvis begränsade av begränsningar av låg känslighet, rumslig upplösning i mikroskala, främmande märkning, högt vakuum och förstörelse av proverna som studeras.
Forskare från NPL och Utrecht University har visat förmågan hos en ny analytisk teknik som kallas spetsförstärkt Raman-spektroskopi (TERS), som övervinner begränsningarna hos konventionella analysmetoder och ger etikettfri och oförstörande kemisk avbildning i nanoskala, i både luft- och vätskemiljöer. För att denna teknik ska kunna användas mer allmänt, flera praktiska utmaningar måste övervinnas och en robust process utvecklas för att möjliggöra reproducerbara och avgörande resultat. Detta åstadkoms under flera år och nu kan forskarna framgångsrikt använda TERS för att karakterisera enkelväggiga kolnanorör, polymer tunnfilm, självmonterade monolager av organiska molekyler, nanoskala strukturella defekter i enskiktsgrafen, reaktioner i heterogena katalytiska system och små molekyler i biologiska celler.
Med en pålitlig metodik på plats, TERS har nu också potential att användas i nya applikationsområden, särskilt de som kräver avbildning av ytor i vätska som inte har varit möjligt förrän nyligen. Eftersom TERS ger grundläggande insikter i materials kemiska beteende, denna förståelse kommer att göra det möjligt att utveckla nya produkter i en snabbare takt, inom en mängd olika tekniska områden värda miljarder dollar.
Dr Naresh Kumar, forskare vid NPL och huvudförfattare, sa:"Under de senaste två decennierna, TERS har dykt upp som ett kraftfullt och pålitligt verktyg för ytkemisk karakterisering på nanoskala, kombinerar den höga kemiska känsligheten hos ytförstärkt Raman-spektroskopi (SERS) och rumslig upplösning i nanoskala för skanningssondsmikroskopi (SPM).
Publiceringen av detta protokoll kommer att möjliggöra ytterligare acceleration av TERS-forskning runt om i världen, och hjälpa forskare att få robusta analytiska data om en mängd olika funktionella material."
Prof. Bert Weckhuysen, professor i oorganisk kemi och katalys vid Utrecht University sa, "Att mäta katalytiska händelser på nanometerskala är mycket utmanande. Detta är nödvändigt för att utveckla nya eller mycket förbättrade katalytiska material för att påskynda kemiska processer, därigenom främja övergången till ett mer hållbart samhälle. TERS är en av de lovande teknikerna och de rapporterade mätprotokollen i den här artikeln kommer att hjälpa forskare att avslöja krångligheterna med katalytiska processer."
