🌟 Катализаторы играют ключевую роль в химических реакциях как в природе, так и в промышленности. 🧪 Некоторые из них активируются светом 💡. Например, при облучении железного пентакарбонила (молекула с атомом железа, окружённым пятью группами угарного газа) светом, железо теряет группы CO, освобождая места для присоединения других молекул в ходе катализа.
Хотя этот процесс изучали с помощью спектроскопии (метод анализа движения энергии в молекулах), детали изменения структуры атомов катализатора после воздействия света оставались загадкой. 🔍
Теперь учёные из SLAC National Accelerator Laboratory (США) опубликовали в Nature Communications исследование, где использовали сверхбыстрые рентгеновские импульсы 🚀 от установки LCLS и новые теоретические методы, чтобы зафиксировать движение атомов с точностью до фемтосекунд (миллионные доли наносекунды!). 📸 Этот подход можно применять к более сложным катализаторам.
«Часть нашей задачи — создавать инструменты, открывающие новые горизонты, — говорит Ади Натан, ведущий автор работы. — Возможность наблюдать за эволюцией структур молекул в деталях позволит глубже понять их химию». 💬
Команда облучала образцы железа пентакарбонила рентгеном и анализировала рассеяние лучей на детекторе. Изменения в картине рассеяния показали, как атомы «перестраиваются» после световых импульсов. Однако ограничения детектора усложняли анализ — как «рассмотреть детали через кривое зеркало». 🔮
Чтобы решить проблему, Натан применил теоретический метод, связывающий данные рассеяния с расстояниями между парами атомов ⚛️. Это позволило напрямую извлекать структуру без сложных симуляций! Впервые подход использован на практике: учёные проследили, как молекула теряет две группы CO после вспышки света.
1️⃣ Сначала свет вызвал колебания, из-за которых оторвался первый CO, а оставшиеся группы перегруппировались вокруг железа.
2️⃣ Затем высвободился второй CO, но с меньшей синхронизацией движения.
Неожиданно обнаружился «эффект зрителей» 👀: колебания атома железа с углеродом усиливались за счёт движения других атомов, хотя те не участвовали в реакции напрямую. Это позволяет отслеживать изменения во всей молекуле, используя исходную пару как маркер. Такая методика применима даже для сложных молекул!
Сочетание структурных данных со спектроскопией даёт полную картину химических реакций. 🔬 «Понимание движения атомов и потока энергии приближает нас к управлению реакциями и созданию новых материалов», — отметил Натан. 🎯
В исследовании участвовали учёные из Стэнфорда, Тихоокеанской национальной лаборатории (США), Брауновского университета и других институтов. 🌍 Материал подготовлен при поддержке SLAC National Accelerator Laboratory.
Больше о химии: [Physics Forums](https://www.physicsforums.com/forums/chemistry.83/){:target=”_blank”} 🔗