อุปกรณ์ใหม่ช่วยให้สามารถสังเกตกระบวนการไดนามิกของเฟสของเหลวด้วยความละเอียดสูงในระดับนาโน (พร้อมวิดีโอ)

03 ก.พ. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) ในแหล่งกำเนิด การสังเกตและบันทึกปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีเฟสของเหลวที่สำคัญในอุปกรณ์พลังงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความก้าวหน้าของวิทยาการพลังงาน ทีมวิจัยที่นำโดยนักวิชาการจาก City University of Hong Kong (CityU) เพิ่งพัฒนาอุปกรณ์ขนาดเล็กสำหรับเก็บตัวอย่างของเหลวสำหรับการสังเกตการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) ซึ่งเปิดประตูสู่การมองเห็นและบันทึกปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่ซับซ้อนในระดับนาโนได้โดยตรง แบบเรียลไทม์ด้วยความละเอียดสูง (โปรโตคอลธรรมชาติ, “การสร้างเซลล์ของเหลวสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านในแหล่งกำเนิดของกระบวนการเคมีไฟฟ้า”). ทีมวิจัยเชื่อว่าวิธีการที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้จะช่วยให้เห็นถึงกลยุทธ์ในการสร้างเครื่องมือวิจัยที่ทรงพลังสำหรับการเปิดเผยความลึกลับของกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าในอนาคต ภาพประกอบแผนผังของเซลล์ของเหลวเคมีไฟฟ้า (ภาพ: Yang, R. et al.) การใช้ TEM ทั่วไปนั้นจำกัดเฉพาะตัวอย่างที่บาง เสถียร และแข็ง เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่เป็นสุญญากาศ (สภาพแวดล้อมที่เป็นสุญญากาศจะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนถูกดูดกลืนหรือเบี่ยงเบนไปตามวิถีของพวกมัน และส่งผลต่อการสังเกต) ใน ห้องสำหรับเก็บตัวอย่าง ชิ้นงานที่เป็นของเหลวเข้ากันไม่ได้กับสุญญากาศ ดังนั้นจึงไม่สามารถตรวจสอบโดยตรงใน TEM แบบเดิมได้ โชคดีที่มีการเกิดขึ้นของขั้นสูงขึ้น ในแหล่งกำเนิด “liquid cell TEM” เป็นไปได้ที่จะศึกษากระบวนการไดนามิกเฟสของเหลว ในแหล่งกำเนิดเช่น การสังเกตนิวเคลียสของผลึกและการเจริญเติบโตในสารละลาย ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีในอุปกรณ์พลังงาน และกิจกรรมชีวิตของเซลล์ที่มีชีวิต “เซลล์ของเหลว” เป็นส่วนประกอบหลักของ TEM เพื่อยึดชิ้นงานเพื่อให้ลำอิเล็กตรอนผ่านไปได้ จึงทำให้ ในแหล่งกำเนิด การสังเกต แต่การผลิตเซลล์ของเหลวคุณภาพสูงสำหรับ TEM เป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากต้องรวมอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ที่ห่อหุ้มไว้ในเซลล์ของเหลว "ปิด" ขนาดเล็กเพื่อป้องกันการรั่วไหลและเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานภายนอกในเวลาเดียวกัน ทีมวิจัยที่นำโดย Dr Zeng Zhiyuan ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ที่ CityU และศาสตราจารย์ Li Ju จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพและแปลกใหม่ในการผลิตเคมีไฟฟ้าแบบ "ปิด" เซลล์ของเหลวซึ่งสามารถปรับปรุงความละเอียดของ TEM กับตัวอย่างของเหลวได้อย่างมาก “เซลล์ของเหลวแบบปิดที่พัฒนาขึ้นใหม่ทำหน้าที่หลัก 1 ประการ: 2) ห่อหุ้มตัวอย่างของเหลวในภาชนะปิด ซึ่งจะเป็นการแยกออกจากสภาพแวดล้อมสุญญากาศของกล้องจุลทรรศน์; และ XNUMX) จำกัดตัวอย่างของเหลวให้อยู่ในชั้นของเหลวที่บางพอโดยใช้ซิลิคอนไนไตรด์โปร่งใสอิเล็กตรอนสองตัว (SiNx) เพื่อให้อิเล็กตรอนสามารถเดินทางผ่านชั้นของเหลวและแสดงภาพปฏิกิริยาได้” ดร. เซงอธิบาย ในการผลิตเซลล์ไฟฟ้าเคมีเหลวแบบ "ปิด" ที่มีประสิทธิภาพสูงในโปรโตคอลนี้ ทีมวิจัยใช้เทคนิคการผลิตนาโนขั้นสูง รวมถึงโฟโตลิโทกราฟี เพื่อสร้างส่วนประกอบหลักของ ในแหล่งกำเนิด TEM ของเหลว – เซลล์ของเหลว Photolithography เป็นกระบวนการที่ใช้แสงอัลตราไวโอเลตเพื่อถ่ายโอนการออกแบบทางเรขาคณิตจากหน้ากากออปติคอลไปยังสารเคมีที่ไวต่อแสง (โฟโตเรสซิสต์) ที่เคลือบบนวัสดุพิมพ์ ทีมงานสร้างชิปล่างและชิปบนแยกจากกัน แล้วประกอบเข้าด้วยกัน อิเล็กโทรดทองหรือไททาเนียมถูกสะสมไว้ที่ชิปด้านล่างในระหว่างกระบวนการเคลือบโลหะ จากนั้นจึงบรรจุอิเล็กโทรไลต์และผนึกไว้ภายในเซลล์ของเหลว การใช้เซลล์ของเหลวที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้กับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าแบบไดนามิกของตัวอย่างของเหลวบนพื้นผิวอิเล็กโทรดสามารถบันทึกได้แบบเรียลไทม์ด้วยความละเอียดสูงผ่านระบบปฏิบัติการ TEM ที่รวมเข้ากับกล้องที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่และชั่วคราวสูง “เซลล์ไฟฟ้าเคมีเหลวที่ออกแบบโดยวิธีการผลิตนาโนแบบกำหนดเองของเรามีหน้าต่างสร้างภาพ SiNx (35 นาโนเมตร) ที่บางกว่าเซลล์เชิงพาณิชย์ (50 นาโนเมตร)” ดร. เซงอธิบาย “มันยังมีชั้นของเหลวที่บางกว่า (150 นาโนเมตร) มากกว่าของเชิงพาณิชย์ (1,000 นาโนเมตร) หน้าต่างสร้างภาพ SiNx ที่บางลงและชั้นของเหลวที่บางลงช่วยให้มั่นใจได้ว่าเซลล์ของเหลวที่ประดิษฐ์ขึ้นของเราสามารถจับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ของ TEM ที่ดีกว่าที่เชิงพาณิชย์ทำได้”

[เนื้อหาฝัง]

กระบวนการผลิตเซลล์ไฟฟ้าเคมีเหลว ซึ่งทางทีมงานเชื่อว่าโอกาสและการสมัครมากมายสำหรับ ในแหล่งกำเนิด การสังเกต TEM ของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในไม่ช้าหลังจากการพัฒนาเซลล์ของเหลวเคมีไฟฟ้าด้วยการเลือกอิเล็กโทรดโลหะที่มีลวดลายและอิเล็กโทรไลต์เหลวที่ห่อหุ้มในเซลล์ของเหลว โปรโตคอลการผลิตที่เสนอใหม่นี้ยังสามารถนำไปใช้ในอื่นๆ ในแหล่งกำเนิด เทคนิคที่เหนือกว่า TEM ตัวอย่างเช่น การปรับให้เหมาะสมสำหรับโปรโตคอลนี้จะเหมาะสมสำหรับการผลิตเซลล์ไฟฟ้าเคมีเหลวสำหรับ ในแหล่งกำเนิด การแสดงลักษณะเฉพาะของรังสีเอกซ์ของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (เอ็กซ์เรย์การดูดกลืนสเปกโทรสโกปี การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ฯลฯ)

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62306.php