Unos investigadores han utilizado por primera vez un nuevo tipo de microscopía electrónica con resolución temporal para registrar en directo los movimientos atómicos durante una reacción catalítica. Esto refutó la doctrina actual de que el aldehído producido durante la deshidrogenación se difunde desde la superficie del catalizador. Gracias a la nueva microscopía, los investigadores descubrieron que se pega a la superficie y forma inmediatamente cadenas cortas de polímeros. Este efecto adhesivo allana el camino hacia catalizadores más duraderos y eficaces. En el futuro, la tecnología también podría utilizarse para investigar en detalle los efectos de la electrólisis y optimizar los procesos de galvanoplastia de forma selectiva.
Del stop-motion al cine atómico
Ya en 2013, IBM demostró cómo las moléculas de CO pueden organizarse en un cortometraje en stop-motion mediante microscopía de efecto túnel. Al mismo tiempo, un grupo de la Universidad de Toronto documentó en tiempo real cómo los átomos pasan por estados de transición. Este trabajo pionero sentó las bases de la actual "documentación de la naturaleza atómica".
La nueva técnica en la que se basa la microscopía en vivo se denomina SMART-EM (Single-Molecule Atomic-Resolution Time-Resolved Electron Microscopy) y se basa en pulsos de electrones ultracortos que escanean las muestras en pasos de submilisegundos sin destruirlas. Desarrollada por el profesor Eiichi Nakamura y su equipo de la Universidad de Tokio, esta tecnología permite obtener secuencias analógicas de películas que documentan los cambios estructurales atómicos con gran detalle.
Observación en directo de la deshidrogenación catalítica
Un consorcio internacional dirigido por el Dr. Yosi Kratish y el Prof. Tobin J. Marks (Universidad Northwestern) utilizó SMART-EM para seguir la deshidrogenación de un alcohol en la superficie del catalizador. En cada paso del proceso de eliminación del hidrógeno, el método proporcionó datos fascinantes sobre la interacción de átomos y moléculas individuales. Contrariamente a lo que se pensaba, el aldehído resultante se adhiere directamente al metal y se polimeriza en el acto. Al mismo tiempo, se demostró la formación efímera de hemiacetales intermedios, una vía de reacción desconocida hasta entonces.
Perspectivas para el diseño de catalizadores y la química verde
Esta nueva comprensión de la polimerización superficial no sólo explica la degradación prematura de los catalizadores industriales, sino que también proporciona puntos de partida concretos para la optimización de materiales. Al mismo tiempo, los investigadores trabajan en la congelación de los movimientos de electrones en el agua líquida y revelan así los procesos de reacción electrónica. Además de SMART-EM, la difracción de electrones en 4D amplía esta "química cinemática" al visualizar los movimientos atómicos estocásticos en los sólidos. A largo plazo, esta química visual promete avances en la producción sostenible de hidrógeno, la síntesis farmacéutica respetuosa con el medio ambiente y el control preciso de vías de reacción complejas.
¿Observación en directo de procesos galvánicos modificados aditivamente?
SMART-EM también podría utilizarse para monitorizar los electrodos durante la deposición del metal en tiempo real a nivel atómico en una célula líquida especialmente adaptada. Esto permitiría observar directamente los aditivos orgánicos a medida que se adsorben en la superficie del cátodo o influyen específicamente en el crecimiento del grano. También sería posible seguir la formación de películas pasivadoras en el ánodo y su interacción con los aditivos. Esta información permitiría optimizar los procesos de galvanoplastia de forma más específica en el futuro.
Bibliografía
- A Boy and His Atom" (Un niño y su átomo), IBM Research - https://en.wikipedia.org/wiki/A_Boy_and_His_Atom
- Phys.org: "Best image yet of atoms moving in real time produced (w/ video)" (La mejor imagen hasta ahora de átomos moviéndose en tiempo real (con vídeo)) - https://phys.org/news/2013-04-image-atoms-real-video.html
- Northwestern Now: "Watch a live catalytic event in real time -https://news.northwestern.edu/stories/2025/04/watch-a-live-catalytic-event-in-real-time/
- ScienceDaily: "Investigadores observan un acontecimiento catalítico en directo y en tiempo real - https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250411175454.htm
- McCormick Engineering: "Observación de un acontecimiento catalítico en directo y en tiempo real -https://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2025/04/watch-a-live-catalytic-event-in-real-time/
- Nanowerk: "Observación de un acontecimiento catalítico en directo y en tiempo real (con vídeo) - https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid%3D66680.php
- Mapping Ignorance: "Primer vídeo de catálisis en acción a nivel atómico -https://mappingignorance.org/2025/04/15/first-atomic-level-video-of-catalytic-reaction
-ScitechDaily: "Watch Atoms Move: The First-Ever Video of Catalysis in Action -https://scitechdaily.com/watch-atoms-move-the-first-ever-video-of-catalysis-in-action/
- Oxford Academic: "Estudio cinematográfico de acontecimientos químicos estocásticos a resolución atómica - https://academic.oup.com/jmicro/article/73/2/101/7326077
