仔细观察铂纳米颗粒的三维(3D)效果图，你会看到一幅精确绘制的3D图像。发表在《科学》(Science)杂志上的一项新研究中涉及的纳米技术人员将观察到的远不止这些。
材料中原子的排列决定了它是催化化学反应还是抑制任何分子反应。纳米技术的主要目标是关注原子设计和开发材料的潜力，从而使研究人员能够在任何特定的场景中操纵材料的性能。
但是，原子成像方法还不足以确定液体中物质的精确三维原子排列，这将使研究人员能够了解物质在日常生活中的行为，例如在血浆或水中。
与潜在的一种新的分析技术解决单个纳米粒子的原子水平的三维结构已经被科学家们报道纳米研究中心研究所的基础科学(IBS、韩国),与汉斯博士合作在澳大利亚莫纳什大学的生物医学发现研究所Elmlund博士和彼得Ercius伯克利实验室的分子在美国铸造。
我们有可能获得精度为0.02纳米的单个纳米粒子的三维原子位置，这比最小的原子氢小六倍。换句话说，这项高分辨率技术涉及到检测单个原子及其在纳米颗粒中的排列。
科学家们将他们的研究成果命名为3D单片(通过石墨烯液体细胞电子显微镜对纳米颗粒进行结构识别)，并利用数学算法从一组由地球上最强大的显微镜之一获得的2D成像数据中提取出3D结构。最初，纳米晶体溶液散布在两个石墨烯薄片之间，这两个石墨烯薄片的厚度都只有一个原子。
如果一个鱼缸是用一种很厚的材料做的，它就很难被看穿。由于石墨烯是世界上最薄、最坚固的材料，我们创造了石墨烯口袋，使显微镜的电子束能够穿透材料，同时密封液体样品。
首尔国立大学化学与生物工程学院助理教授PARK Jungwon说
PARK是这项研究的通讯作者之一。研究小组使用高分辨率透射电子显微镜(TEM)获得了每个纳米颗粒在液体中以每秒400张图像的速度自由旋转的影像。然后，他们应用他们的重建技术，把二维图像合并成一个三维地图，说明原子的排列。
通过精确定位每个原子的位置，研究人员可以观察纳米颗粒的发展过程及其在化学反应中的相互作用。
研究人员对8个铂纳米粒子的原子结构进行了表征——铂是所有贵重金属中最珍贵的一种，在石油炼制和燃料电池中用作能源储存的催化材料等多种应用。虽然所有的粒子都是在一个批次中产生的，但它们在原子结构上的显著差异影响了它们的性能。
现在，通过实验确定纳米材料的精确三维结构已经成为可能，而这仅仅是理论上的推测。我们开发的方法将用于纳米材料的应用领域，如燃料电池、氢汽车和石化合成。
KIM Byung Hyo博士，研究第一作者
具体来说，这项技术可以量化表面原子的应变和单个纳米粒子原子的位移。利用三维重建的应变分析可以在原子水平上确定纳米催化剂的活性位点，这将允许基于结构的设计优化催化活性。这项技术也有助于提高纳米材料的性能。
IBS纳米颗粒研究中心主任HYEON Taeghwan表示，“我们开发了一种突破性的方法，用于确定纳米颗粒在其自然环境的原子水平上的物理和化学特性的结构。”
该方法将为纳米材料的合成提供重要的线索。我们介绍的算法是通过蛋白质的结构分析和大数据分析，与新药开发相关，希望能在新的收敛性研究中得到进一步的应用。
HYEON Taeghwan, IBS纳米颗粒研究中心主任
这项研究是由基础科学研究所(IBS)、三星科学技术基金会(SSTF)和分子铸造(美国能源部(DOE)科学用户设施办公室)联合资助的。
