照妖镜纳米“相机”：让反应历程无处遁形

在新材料的研发制备过程中，观察其形成的完整化学试验过程至关重要，无论是中间过程形成的不稳定的化合物还是最终试验形成的“备胎”产物，都有研究价值。
对化学过程中的宏观和微观变量进行动态监测，能对反应进程与终点进行合理调控与确认，从而达到合成目标产物的目的。在研制新材料的过程中，比如新有机化合物的合成，会有各种各样的碳碳键组合方式，但在碳碳键的组合过程中有些变化就可逆，有些碳碳键组合就很稳定，如果能够在微观层面进行监测研究，就能够深入触达到化学反应合成过程的核心。
但是在一些化合物的制备过程中，一些活跃的化学反应除了其开始原料和最终产物表现稳定，但中间的反应过程剧烈化合物极其多变，了解和观测非常困难。
近日英国剑桥大学一个团队制造了一个强大的工具——纳米相机，用以实时观测一些化学反应中间的过程。
分子级实时监测，理论产物无处遁形
这个微型照相机，是用叫作瓜胶（CB）的“分子胶”将微小的半导体纳米晶体和金纳米颗粒结合起来，在研究某个化学反应的时候，将其放入待研究的分子反应溶液中，这些成分在水里几秒钟自我组装成为一个稳定的强大的工具，进行监控化学反应。

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这个被包围的小纳米相机中的半导体会观察光催化和跟踪光诱导的电子转移，类似于光合作用中的电子转移过程，而这个收集光电子的过程会被金纳米粒子传感器和光谱技术进行监测。
与此前的试验相比，科研人员可以用纳米相机观察到此前只存在理论研究中的化合物。新型纳米相机打开了化学反应过程中的化合物世界，未来这种材料可以用于研究一些功能丰富的潜在化合物，比如改善光催化和光伏可再生能源。
在实际的科研中，研究团队分享为了开发新材料，经常需要将不同的化学物质组合在一起，想要得到性能优良的混合纳米材料是很困难的，大部分的试验最终会不受控制或得到一些性质不稳定的材料。研究人员通过他们创造的界面自限聚集过程来控制这些纳米粒子的组装，该过程会产生与光相互作用的可渗透且稳定的混合材料。
在分子层面，大自然中各种化合物物质通过自身的化学性质限制一些复杂结构的集合生成，在实验室中去模拟这些化学全生命过程是非常困难，耗时长、成本贵，甚至有些化合物的生成无法通过检测仪器监测观察。
这个新型的纳米相机组装非常简单，但功能又非常强大，结构稳定可以保持数周。连接粒子和半导体的瓜胶，与半导体纳米晶体和金纳米粒子都有强烈相互作用，以前，在没有量子点的情况下，当金纳米粒子与分子胶混合时，其组分会无限聚集并从溶液中脱落。新开发的策略，使得这些纳米结构的组装过程互相制约，半导体－金属混合材料会在试验的过程中限制自己的大小和形状。

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当研究人员将纳米相机运用在试验中，使用光谱学仪器实时监测化学反应，他们能够观察自由基种类的形成以及它们组合的产物，如其中两个自由基形成可逆的碳碳键，这个自由基以前都是停留在理论推导的过程，但从未被观察到。
研究人员称纳米相机提供了同时诱导和观察光化学反应的机会，半导体和电浆子纳米晶体的全部潜力现在可以被探索。它为化学反应成像和通过对监测的化学系统进行快照打开了许多新的可能性。