据报道，诺丁汉大学纳米尺度及微尺度研究中心（nmRC）的研究团队在原子团行为的研究方面取得了重大突破。

该团队使用透射电子显微镜（TEM），成功地“拍摄”了分子间化学反应，实现了金属纳米团簇原子级动力学和化学分辨成像的转变。从而能够按照原子与碳键合的顺序和催化活性对14种不同的金属进行排序，并且按照元素周期表顺序显示出显着的变化。

该最新研究成果“中后期过渡金属纳米催化剂的原子尺度动力学比较”已发表在Nature Communications上。纳米材料教授兼nmRC主任Andrei Khlobystov表示：“由于显微镜和光谱学技术的进展，我们对分子和原子的行为取得了更多的了解。然而，原子级金属簇的结构和动力学仍然是一个谜。通过即使成像直接揭示的复杂原子动力学，可揭示纳米催化剂的原子运作过程。”

对全球GDP的贡献

金属纳米团簇的原子级动力学决定了它们的功能和化学性质，如催化活性，能够显著提高化学反应速率。目前，许多关键的工业技术都依赖于纳米催化剂，如水净化、燃料电池技术、储能以及生物柴油生产。

Khlobystov教授指出：“催化反应对全球GDP具有很大的贡献，在原子水平上理解纳米团簇的动态行为是一项重要而紧迫的任务。然而，纳米催化剂非均匀结构，例如，尺寸、形状、晶相的分布，为研究带来了巨大的挑战。此外，在相同的材料中共存及其高度动态的性质，纳米团簇过程复杂结构的变化，使得原子行为机制几乎不可能被阐明。”

从单分子动力学到原子团簇

Khlobystov教授领导了英德合作研究团队，利用电子束研究在透射电子显微镜（TEM）中对单分子动力学成像的影响。利用电子束同时作为成像工具和能量源来驱动化学反应，成功地进行了分子的成膜反应。该研究已于去年在ACS Nano杂志上发表。

纳米管中的周期表

Khlobystov教授表示：“我们使用碳纳米管对微小的化学元素簇进行取样，每个化学元素仅由几十个原子组成。通过捕获一系列相关金属元素的纳米团簇，我们在纳米尺度范围测试。这是极具挑战性的过程，因为大多数金属纳米团簇对空气非常敏感。纳米试管和透射电子显微镜的结合使我们可以观察到金属纳米团簇，与碳的结合，并且发现与金属在周期表中的位置有明显的联系。”

乌尔姆大学实验物理学教授，材料科学电子显微镜组组长Ute Kaiser表示：“像差校正的透射电子显微镜和低维材料的结合使用，如纳米管，能够将分析和理论化学的进步与电子显微镜的最新发展有效结合，从而使我们能够对原子尺度的现象有了新的认识，例如，纳米催化在这项工作中的应用。

以前所未有的分辨率观察纳米团簇

诺丁汉大学理论与计算化学教授埃琳娜•贝斯利表示：“该研究表明，金属纳米团簇与碳纳米管键合，为研究有机金属化学提供了一个通用的平台。通过比较不同过渡金属的键合和化学反应以及阐明纳米催化剂的结构，对于发现新的反应机制和更有效的催化剂具有重要的作用。

该研究是Ulm-Nottingham合作出版的20多篇关于分子和纳米材料电子显微镜的高质量论文中的一项最新研究。