傳統(tǒng)的電化學(xué)測量（如循環(huán)伏安法）給出的是宏觀、統(tǒng)計(jì)平均的信息。我們只知道“整個(gè)電極"上平均發(fā)生了多少電流，但不知道：表面原子結(jié)構(gòu)在電位變化時(shí)如何重構(gòu)？

吸附的分子或離子具體在哪個(gè)位點(diǎn)？

成核、生長、腐蝕等過程是從哪里開始、如何進(jìn)行的？

·             原位技術(shù)，如EC-STM和Cat-TEM，就是為了“看見"這些微觀過程，從而在原子/納米尺度上建立結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，為設(shè)計(jì)更好的催化劑、電池電極等提供理論基礎(chǔ)。

·             EC-STM是STM技術(shù)應(yīng)用于電化學(xué)環(huán)境的產(chǎn)物，是研究電極表面原子結(jié)構(gòu)和過程的利器。

1.技術(shù)原理與關(guān)鍵組件

2.基本原理：與傳統(tǒng)STM相同，基于量子隧穿效應(yīng)。一個(gè)尖銳的金屬針尖在樣品3表面掃描，通過監(jiān)測隧穿電流來反映表面的形貌和電子結(jié)構(gòu)。

4.關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何在導(dǎo)電的電解液環(huán)境中，隔離巨大的法拉第電流（來自電解液中的電化學(xué)反應(yīng)），使其不干擾微弱的隧穿電流。

5.核心解決方案：

6.工作電極：待研究的樣品。

對(duì)電極：構(gòu)成電流回路。

參比電極：精確控制工作電極的電位。

STM針尖：作為獨(dú)立的第四電極，其電位也需被精確控制（相對(duì)于參比電極），以消除針尖-溶液間的法拉第電流。

針尖絕緣：僅暴露的極小部分（通常用涂蠟、玻璃、電泳漆等方法），將針尖與電解液的法拉第接觸面積降到低。

      Cat-TEM最初是為催化研究而發(fā)展，現(xiàn)在更廣泛地稱為液相電化學(xué)TEM。它通過在TEM內(nèi)部創(chuàng)建一個(gè)微型的“電化學(xué)芯片"，來實(shí)現(xiàn)對(duì)液相環(huán)境中納米過程的觀測。

技術(shù)原理與關(guān)鍵組件

1.基本原理：使用兩個(gè)超薄的氮化硅（SiN）窗口（通常厚度<50 nm）構(gòu)成一個(gè)微小的液體腔室（高度約100-500 nm）。將液體樣品（電解液）密封在其中。

2.電化學(xué)集成：在芯片上預(yù)制工作電極、對(duì)電極，并通過微納加工技術(shù)引出導(dǎo)線。參比電極有時(shí)會(huì)被集成或省略。

3.成像：高能電子束穿透超薄的SiN窗口和薄液層，對(duì)腔室內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)（如沉積在工作電極上的催化劑顆粒）進(jìn)行成像。

4.主要優(yōu)勢

高時(shí)空分辨率：分辨率可達(dá)1-2 nm，可與UHV兼容，遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡。可以實(shí)時(shí)拍攝納米過程的視頻（毫秒到秒級(jí)）。

5.體相信息：不僅能看表面，還能看到液體內(nèi)部的納米顆粒、氣泡的形成、以及材料的體相結(jié)構(gòu)變化（如相變、晶格條紋）。

6多模態(tài)表征：可與電子衍射、EELS、EDS 等技術(shù)聯(lián)用，同時(shí)獲得樣品的晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和電子結(jié)構(gòu)信息。

7.統(tǒng)計(jì)意義：視野內(nèi)通常包含大量納米顆粒，可以同時(shí)統(tǒng)計(jì)研究多個(gè)個(gè)體，結(jié)果更具代表性。