英国曼彻斯特大学的石墨烯科学家使用二维（2D）材料创造了一种新型的“纳米培养皿”，创造了一种观察原子在液体中如何移动的新方法。

该团队由美国国家石墨烯研究所（NGI）的研究人员领导，使用石墨烯等2D材料堆叠来捕获液体，以进一步了解液体的存在如何改变固体的行为。

该团队首次能够捕获单个原子在液体中“游泳”的图像。这些发现在《自然》杂志上的一篇论文中报道，可能会对氢气生产等绿色技术的未来发展产生广泛影响。

当固体表面与液体接触时，两种物质都会响应于另一种物质的接近而改变其构型。固体 - 液体界面处的这种原子尺度相互作用控制着电池和燃料电池的行为，以产生清洁电力，并决定清洁水产生的效率并支撑许多生物过程。

“鉴于这种行为在工业和科学上的广泛重要性，我们仍然需要了解原子在与液体接触的表面上的行为的基本原理，这确实令人惊讶，”首席研究人员之一Sarah Haigh说。“信息缺失的原因之一是缺乏能够产生固液界面实验数据的技术。

透射电子显微镜（TEM）是为数不多的允许观察和分析单个原子的技术之一。但是，TEM仪器需要高真空环境，并且材料的结构在真空中发生变化。

“在我们的工作中，我们表明，如果在真空中研究原子行为而不是使用我们的液体细胞，就会提供误导性信息，”第一作者Nick Clark解释说。

NGI的罗曼·戈尔巴乔夫（Roman Gorbachev）开创了用于电子产品的2D材料堆叠，但在这项研究中，他的团队使用相同的技术开发了“双石墨烯液体电池”。二硫化钼的2D层完全悬浮在液体中，并由石墨烯窗口封装。这种新颖的设计使研究人员能够生产精确控制的液体层，这反过来又使他们能够捕获前所未有的视频，显示单个原子在液体包围下“游动”。

通过分析视频中原子的运动方式，并将其与英国剑桥大学同事提供的理论见解进行比较，研究人员能够理解液体对原子行为的影响。他们发现液体加速了原子的运动，并且还改变了它们相对于底层固体的首选静息位点。

该团队研究了一种有望实现绿色制氢的材料，但他们开发的实验技术可用于许多不同的应用。“这是一项里程碑式的成就，现在只是一个开始 - 我们已经在寻求使用这种技术来支持可持续化学加工材料的开发，这是实现世界净零目标所必需的，”克拉克说。

这个故事改编自曼彻斯特大学的材料，并由Materials Today进行了编辑更改。本文中表达的观点不一定代表爱思唯尔的观点。链接到原始源。