Yeni X-ışını yöntemi, katı-sıvı arayüzlerini ve yığın sıvıları aynı anda yakalar

Araştırmacılar, katı-sıvı arayüzleri ve dökme sıvıların eş zamanlı yumuşak X-ışını absorpsiyon spektroskopisi (XAS) ölçümlerini yapmak için bir yöntem geliştirdiler. Sıvı katmanın kalınlığını kontrol ederek, H kütlesinin O K kenarı XAS spektrumunu elde ettiler.₂O sıvı H’den₂İletim yöntemini kullanarak ince bir Au film üzerindeki O katmanını incelediler ve H’nin XAS spektrumunu elde etmek için elektron verimi yöntemini kullandılar.₂Yumuşak X-ışını emilimini takiben Au yüzeyinden gelen drenaj akımlarını ölçerek O/Au arayüzü. Katı-sıvı arayüzleri ve toplu sıvıların eşzamanlı XAS ölçümlerini elde etmeye yönelik bu yöntem, katı-sıvı arayüzlerini içeren çeşitli katalitik, elektrokimyasal ve biyolojik reaksiyonların mekanizmalarını araştırmak için kullanılabilir.

Katı-sıvı arayüzeylerindeki su molekülleri çeşitli katalitik, elektrokimyasal ve biyolojik reaksiyonlarda önemli roller oynar. Yumuşak X-ışını absorpsiyon spektroskopisi (XAS), sıvı su ve organik moleküllerin elektronik yapılarını araştırmaya yönelik elemente özgü bir yöntemdir. Bu çalışmada araştırmacılar, elektron-verim yöntemini kullanarak katı-sıvı arayüzünün ve iletim yöntemini kullanarak dökme sıvının XAS ölçümlerini eş zamanlı olarak elde etmek için bir yöntem geliştirdiler. Makale şu adreste yayınlandı: Sinkrotron Radyasyonu Dergisi.

Mevcut çalışmada, yumuşak X ışınlarının iletimi için bir sıvı hücrede 20 nm ila 40 μm aralığında sıvı katmanın kalınlığını hassas bir şekilde kontrol ederken XAS spektrumlarını ölçtüler. İletim modunda elde edilen XAS spektrumları esas olarak yığın sıvıdan türetilir çünkü katı-sıvı arayüzeylerinden gelen katkılar yığın sıvıdan gelen katkılardan daha küçüktür. Buna karşılık, katı-sıvı arayüzlerinin XAS spektrumları, yalnızca sığ derinliklerden kaçtıkları için çoğunlukla bu arayüzlerden kaynaklanan Auger elektronlarının tespit edilmesiyle elde edilir.

Araştırmacılar, Foton Fabrikasının (KEK-PF) yumuşak X-ışını ışın hattı BL-13A’da XAS deneyleri gerçekleştirdiler. Sıvı bir hücrede, sıvı katmanını 100 nm kalınlığındaki iki Si arasına sıkıştırdılar.₃N₄ alt membran 20 nm kalınlığında Au katmanı ve 5 nm kalınlığında Cr katmanıyla kaplanmıştır. İletim modunda, XAS spektrumları toplu H’nin absorpsiyon spektrumlarını yansıtır₂O.

Eş zamanlı olarak Au/Cr/Si’den gelen drenaj akımını ölçerek elektron verimi XAS spektrumunu elde ettiler.₃N₄ H’yi telafi eden membran₂O⁺ Yumuşak X-ışını absorpsiyonunun ardından Auger elektronlarının emisyonu ile üretilen katyonlar. Çoğu elektron verimi XAS spektrumu H’den türetilir.₂O/Au arayüzü çünkü sıvı H’deki elektronların etkili zayıflama uzunluğu₂O, O K-kenarında küçüktür.

Ekip, geliştirdikleri yöntemin, farklı katalitik arayüzleri içeren katalitik reaksiyonların mekanizmalarını araştırmak için çok faydalı olmasını bekliyor. Özellikle elektron verimi XAS ölçümleri, reaksiyonlar sırasında elektrokatalizör arayüzlerini araştırmak için kullanılabilir.

Ek olarak katı-sıvı arayüzlerindeki biyolojik reaksiyonlar için membran proteinlerinin XAS ölçümleri, bunları içeren lipit çift katmanları kullanılarak gerçekleştirilebilir. Sonuç olarak, katı-sıvı arayüzleri ve toplu sıvıların eş zamanlı XAS ölçümlerini elde etmeye yönelik bu yöntem, katı-sıvı arayüzlerini içeren çeşitli katalitik, elektrokimyasal ve biyolojik reaksiyonların mekanizmalarını araştırmak için kullanılabilir.