Sondierung der elektrochemischen Oberflächenaktivität von Nanomaterialien mit einem hybriden Rasterkraftmikroskop-Scanning Elektrochemischen Mikroskop (AFM-SECM)

Zusammenfassung

Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) in Kombination mit der rasterelektrochemischen Mikroskopie (SECM), nämlich AFM-SECM, können gleichzeitig hochauflösende topographische und elektrochemische Informationen auf Materialoberflächen im Nanomaßstab erfasst werden. Solche Informationen sind entscheidend für das Verständnis heterogener Eigenschaften (z. B. Reaktivität, Defekte und Reaktionsstellen) auf lokalen Oberflächen von Nanomaterialien, Elektroden und Biomaterialien.

Zusammenfassung

Die elektrochemische Rastermikroskopie (SECM) wird verwendet, um das lokale elektrochemische Verhalten von Flüssig/Fest-, Flüssig/Gas- und Flüssig/Flüssig-Grenzflächen zu messen. Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) ist ein vielseitiges Werkzeug zur Charakterisierung der Mikro- und Nanostruktur in Bezug auf Topographie und mechanische Eigenschaften. Herkömmliche SECM oder AFM liefern jedoch nur begrenzte seitlich aufgelöste Informationen über elektrische oder elektrochemische Eigenschaften im Nanomaßstab. Zum Beispiel ist die Aktivität einer Nanomaterialoberfläche auf Kristallfacettenebenen mit herkömmlichen elektrochemischen Methoden schwer aufzulösen. Dieser Artikel berichtet über die Anwendung einer Kombination von AFM und SECM, nämlich AFM-SECM, um die elektrochemische Aktivität der nanoskaligen Oberfläche zu untersuchen und gleichzeitig hochauflösende topographische Daten zu erfassen. Solche Messungen sind entscheidend für das Verständnis der Beziehung zwischen Nanostruktur und Reaktionsaktivität, die für eine Vielzahl von Anwendungen in den Materialwissenschaften, den Lebenswissenschaften und chemischen Prozessen relevant ist. Die Vielseitigkeit des kombinierten AFM-SECM wird durch die Abbildung topographischer und elektrochemischer Eigenschaften von facettierten Nanopartikeln (NPs) bzw. Nanoblasen (NBs) demonstriert. Im Vergleich zur zuvor berichteten SECM-Bildgebung von Nanostrukturen ermöglicht dieses AFM-SECM eine quantitative Bewertung der lokalen Oberflächenaktivität oder Reaktivität mit höherer Auflösung der Oberflächenkartierung.

Einleitung

Die Charakterisierung des elektrochemischen (EC) Verhaltens kann kritische Einblicke in die Kinetik und Mechanismen von Grenzflächenreaktionen in verschiedenen Bereichen liefern, wie Biologie^1,2, Energie^3,4, Materialsynthese^5,6,7und chemischer Prozess^8,9. Herkömmliche EC-Messungen, einschließlich elektrochemischer Impedanzspektroskopie^10,elektrochemischer Rauschmethoden