扫描电化学显微镜技术近期进展

本文较详细地介绍了扫描电化学显微镜技术的近期进展,引用参考文献77篇。

扫描电化学显微镜在电源技术领域的应用

扫描电化学显微镜(SECM)在电源技术领域有着很重要的应用。SECM的基本装置主要由电化学部分、压电驱动器和计算机三部分构成。SECM有许多重要的工作模式,其中,反馈模式、产生/收集模式和氧化还原竞争模式是电源技术领域常用的模式。近年来,运用SECM在各种电池——燃料电池、太阳电池、锂离子电池的研究中获得了一些进展。SECM在电源技术领域的应用有着更广阔的发展空间。

基于扫描电化学显微镜技术研究细胞实时释放ROS

本研究利用扫描电化学显微镜(SECM)技术考察了十四烷酰佛波醇乙酸酯(PMA)刺激肺癌细胞(A549)活性氧物种(ROS)的实时变化。以过氧化氢(H_2O_2)为目标检测物,获得了细胞氧化应激的电化学响应图像。以氯化六氨基合钌(Ru(NH_3)_6Cl_3)为体系介质,利用电流负反馈技术获得细胞形貌的清晰图像,同时优化获得探针与基底之间的最佳检测距离。将探针电位设定为过氧化氢的还原电位(-0.65 V)时,通过电流成像图可观察到ROS实时释放,实现了A549细胞被PMA即时刺激时ROS释放的实时检测。扩大扫描区域,获得了不同个体细胞ROS释放的SECM图像,实现了SECM对ROS信号的实时捕捉及再现性。结果显示:PMA可破坏细胞含氧物种的动态平衡,诱发细胞产生氧化应激响应。将探针放置在细胞ROS释放位点,检测其电流随时间变化,可观察到电流随时间呈现波动状态,推测ROS的胞外释放是一个动态的脉动过程。

扫描电化学显微镜技术原位测Al-Mg合金在3.5% NaCl+5 mmol/L KI溶液中的腐蚀特性

采用扫描电化学显微镜技术研究了Al-Mg合金在3.5%NaCl(质量分数)+5mmol/L KI溶液中的腐蚀行为,利用光学显微镜观察腐蚀后试样的表面形貌,用扫描电镜和能谱仪分析合金内金属间化合物成分,初步探讨Al-Mg合金的腐蚀机理。结果表明:Al-Mg合金表面不同区域活性溶解度不同,且腐蚀主要发生在金属间化合物与基体铝界面处;Al-Mg合金表面氧化电流峰的数量和数值随腐蚀时间延长而不断变化,说明在腐蚀过程中基体表面溶解是不均匀的,金属间化合物优先被腐蚀,144h后出现明显腐蚀坑。

基于扫描电化学显微镜技术评价镉诱导MCF-10A细胞产生的过氧化氢水平

本研究利用扫描电化学显微镜(SECM)技术在生理条件下对人正常乳腺上皮细胞(MCF-10A)受氯化镉刺激的形态变化和活性氧物种(ROS)释放情况进行了实时检测.结果表明,MCF-10A细胞在低浓度或短时间的氯化镉刺激下呈现收缩防御模式;但受到高浓度或长时间的氯化镉刺激时,细胞对氯化镉毒性的防御能力降低,细胞内氧化还原平衡态受到破坏,造成严重的氧化损伤.并利用荧光探针DCFH-DA法证实了扫描电化学显微镜技术检测结果的正确性和可靠性.此外,通过对镉作用下细胞内还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶,超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)及谷胱甘肽(GST)活性的测定,进一步分析了金属镉诱导MCF-10A细胞的氧化应激机制.

基于扫描探针的金属/有机涂层电化学检测技术的进展

传统电化学检测技术难以深入研究腐蚀的萌生、发展、转移、抑制等过程,而基于扫描探针的电化学检测技术弥补了这一不足。从工作原理和应用现状,简要概述了4种适用于金属/有机涂层体系腐蚀研究的基于扫描探针、具有高空间分辨率的电化学检测技术,分别为扫描电化学显微镜(SECM)、扫描振动电极技术(SVET)、局部电化学阻抗谱(LEIS)、扫描开尔文探针技术(SKP)。4种电化学检测技术均利用金属/有机涂层体系电化学的不均一性,通过检测电流、电压或者阻抗等信号,从微观上反映该体系腐蚀的全过程。基于扫描探针的电化学检测技术的发展及应用,能够从微观上解释金属/有机涂层体系腐蚀发生、发展过程及机理。

扫描电化学显微镜及其最新进展

对扫描电化学显微镜技术的基本原理、仪器设备、最新的研究进展和发展展望进行了评述.

扫描电化学显微镜对铁自组装膜的电化学表征

用扫描电化学显微镜(SECM)的线扫描的方法研究咪唑啉分子吸附在铁的表面形成的自组装单分子膜(SAMs).采用恒高度工作模式,用基底产生/探头收集的原理探讨发生在探头针尖与基底间隙的化学动力学过程和对表面浓度进行检测.空白的铁电极和组装咪唑啉的铁电极在0.1 mol/L HClO4的峰电流的值分别是-1.67165e-9A和-2.146e-10A.结果表明,组装咪唑啉分子后探头具有更低的电流,其原因在铁电极表面形成的SAMs膜抑制了电极在溶液中发生的氧化还原反应,阻碍了电荷转移过程,抑制了铁基底的溶解.

扫描电化学显微镜的探针驱动电路

采用一种由步进电机和压电陶瓷构成的宏微二级位置控制系统,设计了基于L298N的步进电机驱动电源和基于PA69的压电陶瓷驱动电源,电路简单实用,达到了扫描电化学显微镜对探针定位的要求。

扫描电化学微探针的发展及其在局部腐蚀研究中的应用

简要概述当前国内外具有空间分辨能力的扫描微探针技术及其在腐蚀研究中的应用,包括扫描微电极技术(SMET)、扫描电化学显微镜(SECM)、原子力显微镜(AFM)、扫描Kelvin探针技术(SKP)等,其中SMET、SECM、SKP及局部交流阻抗技术可直接测定腐蚀电极表面或界面电化学不均一性的分布图像,而原子力显微镜技术则是通过分子间作用力从纳米尺寸测量腐蚀过程表面形貌的变化.文中侧重介绍作者近年先后建立的具有微米空间分辨度的电化学微探针技术,并利用各种扫描探针技术研究金属/溶液界面电化学不均一性及其局部腐蚀过程.研究表明,空间分辨电化学方法的发展及应用,加深了人们对金属表面和金属/溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展及过程机理的认识.

电化学STM技术在金属腐蚀科学中的应用及研究进展

本文介绍了电化学STM在金属腐蚀电化学研究领域的技术优势。其最大特点是可以在金属腐蚀环境中和原子 分子水平上 ,实时、原位、三维空间观察 ,并可以通过电位控制表面电极过程。综述了电化学STM在钝化膜结构、缓蚀剂的自组装膜、金属表面原子的活性溶解等揭示腐蚀缓蚀机理的研究领域中所起的重要作用以及最新研究进展。

铁、不锈钢表面自组装膜的表征及其电化学研究

自组装膜(SAMs)是分子在溶液(或气态)中自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上而形成的有序分子膜。由于其堆积紧密、结构稳定,因而具有抑止腐蚀的作用。铁在空气中易氧化,表面均有一层氧化铁,且很难处理,因此关于铁和不锈钢金属表面自组装膜的报道较少。在铁金属表面上组装膜主要集中在烷基硫醇体系,由于烷基硫醇的毒性以及自组装膜的不稳定性,如何寻找新型缓蚀剂在铁表面组装受到广泛的关注。通过研究发现咪唑啉衍生物和巯基三氮唑是一种低毒、高效的金属缓蚀剂,对抑制铁在酸性溶液中的腐蚀尤其有效。采用各种表面分析测试手段与理论化学方法,如分子模拟,研究缓蚀剂在金属表面形成自组装膜的作用机理,也是今后发展的一个方向。本文中合成了两种咪唑啉衍生物(IM)及巯基三氮唑缓蚀剂并表征,并测定其在电极表面组装后铁的电化学腐蚀行为及缓蚀效率。同时采用表面分析的方法如扫描电化学显微镜(SECM)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)对金属表面进行了分析,并用分子模拟的方法对可能的吸附形态进行了理论分析,以分子力学为基本方法,主要研究了铁表面自组装体系,探讨了分子层次的吸附构象以及吸附的稳定性,探讨了其缓蚀机理。(1)咪唑啉在铁表面的自组装膜的研究咪唑啉类缓蚀剂是时环境友好的性能优良的缓蚀剂。因其结构的特殊性,含五元杂环、长的烷基链及功能基团的胺基,其中咪唑啉环上的氮易与铁配位,且p-π共轭体系的咪唑啉以及环上引入供电子基团。能增强氮与铁的化学吸附作用。本文用硬脂酸或松香酸与二乙烯三胺减压下加热脱水制得咪唑啉(IM)咪唑啉衍生物。对两种(IM)在铁表面的组装性能进行比较,用电化学的方法对(IM)在铁表面上的自组装进行研究,主要运用电化学阻抗谱和极化曲线的方法测定缓蚀效率。用表面分析的方法如XPS、SEM等对自组装前后表面的组成腐蚀形貌进到了相应的比较。得出IM在铁表面形成了稳定、均匀的SAMs。电化学阻抗测谱测试结果表明,咪唑啉化合物在酸性溶液中对铁具有良好的缓蚀能力。阻抗谱图均表现为较好的单一容抗孤,用等效电路拟合计算的缓蚀效率与极化曲线法测试所得结果基本一致。其实验结论为:电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明咪唑啉缓蚀荆自组装膜对铁有较高的缓蚀作用;XPS的结果表明,咪唑啉分子吸附在金属铁的表面形成SAMs。分子模拟的方法预测了IM在铁表面的吸附形态,表明N原子吸附在铁的表面。分子模拟的方法可预测SAMs的吸附构型。SECM给出了SAMs在基底表面的高分辨率的形貌图,根据靠探针感应到的电流大小可定量的表征自组装膜。采用的恒高度模式,针尖Z方向的位置不受反馈控制,X和Y轴的扫描范围是1mm。其工作模式是基底产生/探头收集,以研究发生在探头针尖与基底间隙的化学动力学过程并对表面浓度进行检测。组装IM后对铁基底的溶解有抑制作用,阻碍了电荷转移过程;从线扫描的曲线及面扫描的三维图中可看出组装之后的铁电极比空白的铁电极表面的探头电流更趋向于平和,没有空白铁电极那么大的电流起伏。在铁电极表面形成的SAMs膜对电极在溶液中发生的氧化还原反应起阻碍作用。松香基咪唑啉形成的SAMs膜与硬脂酸咪唑啉形成的SAMs相比,SECM检测的探头法拉第电流更小,表明松香基咪唑啉的SAMs膜对铁有更好的保护作用,抑制了电荷的转移。SECM的结果与电化学交流阻抗谱和极化曲线的实验结果相一致。(2)巯基三氮唑在铁上自组装膜的表征有目的地设计合成了三氮唑类化合物并对其缓蚀性能进行了较系统的研究。巯基三氮唑及其衍生物由于分子中含有多个杂原子(N,S),能提供孤对电子,进入铁原子空的轨道,产生多个吸附中心,通过配位键化学吸附到金属的表面上而形成SAMs。通过对长烷基巯基三氮唑(AAMT)在铁上的SAMs的研究表明AAMT是一种混合型缓蚀剂,且随着组装时间(15min～4h)的延长,缓蚀效率增加。电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明,三氮唑缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀效率,且二者的实验结果相一致;XPS的结果表明,三氮唑分子吸附在铁的表面形成SAMs;从SEM的分析得出,在金属铁的表面形成了一层自组装吸附膜,且SAMs膜对铁在硫酸中的腐蚀起到了保护作用,组装前后铁的腐蚀形貌发生了明显的变化。分子模拟的结果表明,咪唑啉分子中的N原子、S原子与铁成键,且五元杂环平铺在金属铁的表面,而长的烷基支链却发生倾斜.疏水基长烷基的存在增加了吸附膜的厚度,从而达到了缓蚀目的。(3)用SEM和SECM对IM在不锈钢表面自组装的初步探讨不锈钢由于其结构的特殊性,含的成分太多,组装比较困难。本文用SEM表征了咪唑啉在不锈钢表面组装后腐蚀形貌的变化,并用SECM法表征了组装前后法拉第探头电流大小的变化。SAMs在电极表面生成了一层"屏障",将电极与溶液中具有氧化还原活性的分子部分屏蔽起来,使得溶液中的氧化还原产物之间的转化不再与裸电极表面一样容易发生。表面形成SAMs,而且该膜改变了原来电极表面的物理与化学特性,对基底有一定的保护作用。

ZL102铝合金在3% NaCl溶液中的微区电化学特性

采用扫描电化学显微镜技术(SECM)深入研究了ZL102铝合金在3%NaCl(质量分数)溶液中的腐蚀行为,用光学显微镜和扫描电镜观察其腐蚀形貌,用能谱仪对夹杂物和腐蚀产物进行分析。结果表明:在3%NaCl溶液中,金属间化合物与ZL102铝合金基体形成微电池,金属间化合物的电位高于基体的,使基体优先腐蚀溶解;腐蚀过程中铝合金表面活性不稳定,是因为尺寸较小的金属间化合物因周围基体溶解容易脱落,并在其他区域沉淀,只有尺寸较大的金属间化合物周围基体产生持续腐蚀溶解,最终形成点蚀。

空间分辨电化学研究新方法

简述当前国内外主要的原位 (In Situ)空间分辨技术及其在电化学研究中的应用 ,包括扫描微电极技术、扫描电化学显微镜、扫描探针显微镜、扫描 Kelvin探针技术、扫描光电流谱技术、显微激光拉曼光谱技术等 ,其中扫描微电极技术、扫描电化学显微镜、扫描 Kelvin探针技术可直接测定腐蚀电极表面或界面电化学不均一性的分布图象 ,而其它方法则是通过测量表面分子振动光谱、表面隧道电流及光电响应等 ,进而从分子水平研究腐蚀电极过程 .并侧重介绍作者已建立的具有微米空间分辨度的电化学方法 ,主要有多种形式的扫描微电极技术及阵列电极技术等 ,并用于研究金属 /溶液界面电化学不均一性及局部腐蚀过程 .结果表明 ,空间分辨电化学方法的发展及应用 ,使得人们对金属表面和金属 /溶液界面电化学不均一性 ,特别是金属局部腐蚀发生、发展过程机理的认识得以深化 .

纳米TiO2电极的制备及电化学降解邻硝基苯酚

采用阳极氧化技术在钛片表面制备出纳米TiO2，并通过扫描电子显微镜（sEM）对其进行表征。利用制备的Ti／TiO2电极作为阳极、以Pt丝电极作为阴极，电化学降解邻硝基苯酚。使用紫外一可见光谱和液相色谱技术，对降解过程中的产物进行定量的测定。结果表明，制备的纳米TiO2电极对邻硝基苯酚具有较高的电化学催化性能。同时，对降解过程阳极效率和瞬时电流效率及其动力学因素进行了探讨。

基于扫描电化学显微镜产生/收集和反馈模式研究纯Mg腐蚀行为

应用扫描电化学显微镜的产生/收集和反馈模式,研究纯Mg在NaCl和Na2SO4溶液中腐蚀过程中的微区(点、线、面)析氢行为和活性点的演变过程.实验结果显示,无论在NaCl还是Na2SO4溶液中,阴极极化和阳极极化均促进析氢,与传统集气法获得的纯Mg腐蚀过程存在负差数效应一致,但析氢速率在微区范围内波动加大,不稳定,且与极化程度有关.析氢速率随NaCl浓度增加而增加,但随Na2SO4浓度增加而减少.NaCl浓度增大、pH值降低、阳极极化有利于Mg表面活性点的产生.

微区电化学测量技术及其在腐蚀中的应用

综述了近几年来用于研究金属腐蚀的几种微区电化学测量技术,重点介绍了扫描电化学显微镜技术及其应用,并对它未来的发展趋势进行阐述。

用于三维超微图形复制加工的约束刻蚀剂层技术研究

本文对用于三维超出图形复制加工的约束刻蚀剂层技术进行了可行性研究。分析了刻蚀剂的扩出过程对电化学微细加工分辨率的影响，证明对刻蚀剂层进行约束可使该方法具里高敏感性，并成功地在ＧａＡＳ单晶上进行了初步的复杂三维微细图形的复制。

电化学联用技术研究微生物的胞外电子传递机制

胞外电子传递(EET)是指氧化还原反应所产生的电子在微生物细胞内和细胞外的电子受体/电子供体之间互相转移的过程,这一过程伴随着能量和物质的转化。阐明EET机制是提高微生物能量和物质转化效率的基础,为元素的生物地球化学循环、金属防腐以及生物电化学系统的应用等提供理论支撑。电化学技术作为研究电极/溶液界面电子转移的简便、有效方法,在研究微生物的直接电子传递和间接电子传递机制中发挥了重要的作用,也促进了EET机制的研究从宏观层面到微观层面不断深入。本文综述了研究微生物EET机制所涉及的电化学联用技术(包括微电极、扫描电化学显微镜、电化学联用光学显微镜和光谱电化学等);详细介绍了这些电化学联用技术的功能和优势;重点阐述了这些电化学联用技术如何推动着EET机制的研究,从宏观的生物膜层面到微观的单个微生物细胞、蛋白和分子层面不断深入;展望了新的电化学联用技术在EET研究领域的应用前景。

化学所电催化反应的原位表征研究获进展

在原子与分子水平上研究电催化剂的表面结构与电催化反应中的表面过程,有助于理解催化活性位点的作用机制,从而促进电催化剂的实际应用。因此,发展电催化体系的原位、实时、高时空分辨的表征技术对电催化领域的发展具有重要意义。凭借高空间分辨率与原位表征的优势,电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)已被广泛应用于电化学领域的研究中,有效地提升了研究人员对电化学界面过程的理解。