掃描隧道顯微鏡在化學(xué)中的應(yīng)用

爾迪儀器 2021-11-30 14:37:52 510  瀏覽

• 許多化學(xué)反應(yīng)是在電極表面進(jìn)行的，了解這些反應(yīng)過(guò)程，研究反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是化學(xué)家們長(zhǎng)期研究的題目。吸附物質(zhì)將于表面形成吸附層，吸附層的原子分子結(jié)構(gòu)，分子間相互作用是研究表面化學(xué)反應(yīng)的前提與基礎(chǔ)。在超高真空環(huán)境下，科學(xué)家們使用蒸發(fā)或升華的方法將氣態(tài)分子或原子吸附在基底（一般為金屬或半導(dǎo)體）上，再研究其結(jié)構(gòu)。

  
  

  在溶液中，原子分子將自動(dòng)吸附于電極表面。在電位的控制下，吸附層的結(jié)構(gòu)將有不同的變化。此種變化本身與反應(yīng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)過(guò)程有關(guān)，由此可以研究不同種類物質(zhì)的相互作用及反應(yīng)。電化學(xué)掃描隧道顯微鏡 在這一領(lǐng)域的研究中已有很好的成果。例如：硫酸是重要的化工原料，硫酸在活性金屬表面（如銠、鉑等）上的吸附一直是表面化學(xué)和催化化學(xué)中的研究熱點(diǎn)。盡管有關(guān)硫酸吸附的研究報(bào)告已有很多，但是其在電極表面的吸附是否有序，結(jié)構(gòu)如何，表面催化變化過(guò)程，硫酸根離子與溶液中水分子的相互作用，水分子在硫酸的吸附結(jié)構(gòu)形成中的作用等，長(zhǎng)期沒(méi)有明確結(jié)論。

  
  

  利用電化學(xué)掃描隧道顯微鏡，我們?cè)谌芤褐性谎芯苛诉@一體系的吸附及結(jié)構(gòu)變化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，硫酸根離子在Rh(111)以及Pt(111)等表面與水分子共同吸附，水分子與硫酸根離子通過(guò)氫鍵結(jié)合形成有序結(jié)構(gòu)。

  
  

  基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們提出了硫酸根離子與水分子菜吸附的理論并給出了模型。

  
  

  利用電位控制表面吸附分子是電化學(xué)掃描隧道顯微鏡 在化學(xué)研究中的又一成功應(yīng)用范例。利用此技術(shù)，可以控制表面吸附分子在材料表面的結(jié)構(gòu)及位向等。例如控制分子與基底平行的取向變?yōu)榕c基體垂直的取向。這種取向變化完全可逆，且只受電位影響，其行為類似于原子分子開關(guān)。這一研究為原子分子器件的發(fā)展提供了新的途徑。

  
  

  光電反應(yīng)是涉及到生物、化學(xué)、環(huán)境、電子等眾多學(xué)科的一類常見(jiàn)的重要化學(xué)反應(yīng)，利用電化學(xué)掃描隧道顯微鏡 可以跟蹤監(jiān)視光電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，研究反應(yīng)物分解與轉(zhuǎn)化的微觀機(jī)制，如分子吸附層結(jié)構(gòu)，分子間的相互作用，分子分解，以及生成物的結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)已受到眾多領(lǐng)域?qū)W者的重視。

  
  

  總之，用掃描隧道顯微鏡 技術(shù)研究表面化學(xué)反應(yīng)已獲得了許多成功，并展現(xiàn)了極具魅力的廣闊前景。在未來(lái)的研究中，肯定會(huì)有更多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果問(wèn)世。