DENS 原位样品杆中国用户 2023 科研成果精选

在期盼着 2024 年到来之际，我们不禁回首过去一年，2023 年的科研探索与成就令人难忘。

为了更好地迈向未来，我们精心整理了 2023 年（截止于 12 月 10 日）使用 DENSsolutions 原位样品杆在纳米技术领域取得的科研成果文献集。这些文献来自全球高校，为我们开辟了更广阔的研究视野，揭示了创新领域的新篇章！

在本期推文中，我们精选 13 篇国内用户的研究成果（排名不分先后），下期我们分享海外高校用户的研究成果，向大家介绍其中的关键研究发现，希望为读者呈现 2023 年相关领域的最新前沿进展，同时我们期待着科研工作者们在新的一年中继续探索未知，创新无限。

文献 1

作者：中国科学院金属研究所 张莉莉等

题目：Breaking the Axis‐Symmetry of a Single‐Wall Carbon Nanotube During Its Growth.

期刊：Advanced Science: 2304905.

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202304905

摘要：通过引入局部原子结构变化所获得的单壁碳纳米管(SWCNT)并不是对称生长的，这往往不可避免，且会对手性控制和性能定制产生深远影响。然而，SWCNT 生长过程中的对称性破坏机制仍然未知，其原子尺度的起源也无从得知。该工作中，ETEM 用于实时捕捉铂纳米颗粒催化生长的 SWCNT 的对称性破坏过程，证明了 SWCNT 侧面形成的拓扑缺陷可以缓冲应力释放，并从本质上破坏了轴对称生长。原子级细节揭示了纳米管-催化剂界面的重要性以及界面周围固态铂催化剂的原子重排如何影响最终的管状结构。理论模拟证实，负责捕获碳二聚体并为碳掺入和不对称生长提供驱动力的活性位点是低配位的台阶边缘。

所使用的系统 --Climate 气相加热杆：使用 DENS Climate 原位气相加热样品杆，研究团队可以在透射电镜中向样品区通入一定压强的乙醇蒸汽，作为单壁碳纳米管生长时的碳来源，从而研究其生长机制。

文献 2

作者：安徽大学 葛炳辉等

题目：Approaching Elaborate Control of the Nano‐Products of Carbothermal Reduction Reaction Through In Situ Identification.

期刊：Small 19(15): 2206404.

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202206404

摘要：从原子层面理解化学反应可实现具有特定成分/结构产物的定制化设计和合成。通过直接监测反应相变并跟踪原子动态，原位 TEM 技术（原位样品杆）使得在原子水平上揭示反应动力学成为可能，但却依旧很有挑战，特别是对于涉及多相和复杂界面的反应，例如广泛使用的碳热还原(CTR)反应。该工作采用了原位 TEM 来监测还原氧化石墨烯纳米片上 Co3O4 纳米立方体的 CTR 反应。结合第一性原理计算，揭示了 CTR 反应相变过程中钴原子的迁移路径。同时，原子扩散导致了界面边缘位错/应力梯度，这反过来又会影响反应物的形态变化。至此，已经实现了具有所需物相和结构的钴基纳米结构的可控合成。该工作不仅提供了对 CTR 反应的原子动力学见解，而且还为新能源技术纳米结构的设计与合成提供了一种新思路。

所使用的系统 -Wildfire 加热杆 ：使用 DENS Wildfire 原位加热样品杆，研究团队可以在透射电镜中对样品区进行加热，从而研究不同温度下的 Co₃O₄ 纳米立方体的碳热还原反应。

文献 3

作者：浙江大学 王勇等

题目：Revealing Temperature-Dependent Oxidation Dynamics of Ni Nanoparticles via Ambient Pressure Transmission Electron Microscopy.

期刊：Nano Letters 23(16): 7260-7266.

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00923

摘要：了解各种金属纳米颗粒在常压下的氧化机制，对于发挥它们在诸多领域中的价值是非常重要的。借助常压 TEM 技术，该团队研究了大气压下不同温度时镍纳米颗粒的动态氧化过程，揭示了一种温度依赖的氧化行为。温度较低(600℃)时，镍纳米颗粒的氧化遵循柯肯达尔效应，伴随着氧化物壳层的生成；温度较高(800℃)时，氧化开始于金属表面的一个单晶成核，然会沿着金属-氧化物界面逐步推进，直至全部氧化，期间并没有空洞生成。通过实验和 DFT 计算，团队提出了基于镍纳米颗粒的温度依赖的氧化机制，该机制归因于不同温度下气体吸附和扩散速率的差异。

所使用的系统- Climate 气相加热杆：使用 DENS Climate 原位气相加热样品杆，研究团队可以在透射电镜中向样品区通入大气压强的氧化气氛，研究不同温度时镍纳米颗粒的动态氧化过程，并揭示其氧化机制。

文献 4

作者：北京工业大学 柯小行等

题目：Novel Approach of Diffusion‐Controlled Sequential Reduction to Synthesize Dual‐Atomic‐Site Alloy for Enhanced Bifunctional Electrocatalysis in Acidic and Alkaline Media.

期刊：Advanced Functional Materials: 2308876.

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202308876

摘要：活性位点的定制与基底材料密切相关。双原子催化剂已经在掺杂碳、氧化物和二维材料上实现，但由于使用金属作为宿主时遇到的烧结、合金化等挑战，相关报道很少。该团队提出了一种通过多孔结构的两步热解将孤立单原子锚定为双原子位合金的新方法。首先，团队揭示了锌和钴在沸石咪唑酯骨架热解过程中生成孔隙的作用，并通过第一步热解实现了具有自支撑钴颗粒的分级多孔结构。然后，第二步热解，通过分级结构对含有目标金属的前驱体进行扩散控制还原，从而解决高温热解下烧结和合金化的挑战。使用该法合成的 Ir1Ni1@Co/N-C 双原子点位合金，在酸性和碱性介质中均具有出色的双功能氧还原/析出反应性能，这很少见于报道。DFT 计算表明，中间体 OH 和 O 的无吸附能被钴上的 Ir1 和 Ni1 调节至接近 0 eV。这项工作展示了利用多孔结构构建双原子点位合金的新方法，启发了相关领域的催化剂设计。

所使用的系统- Wildfire 加热杆：使用 DENS Wildfire 原位加热样品杆，研究团队可以在透射电镜中对样品区进行加热，进而实现了以金属为宿主的双原子催化剂的制备。

文献 5

作者：华东理工大学 戴升等

题目：Non-catalytic oxidation mechanism of industrial soot at high temperature.

期刊：Nature Communications 14, 6256 (2023).

原文链接：https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2815637/v1

摘要：消除烟尘对于减少污染排放、实现循环经济至关重要。烟尘是目前工业界的一大挑战。当前有效的消除烟尘的方法就是高温炉氧化法。该工作中，先在高温下通过非催化部分氧化法制备了不同性质的烟尘。接着，又使用原位 TEM 研究了烟尘纳米颗粒的实时氧化过程。这些工业烟尘呈现出不同的氧化模型。随后，该团队提出了对应不同氧化模型的数学表达式。相对于内部氧化模型(IOM)的部分成熟烟尘和收缩核模型(SCM)的完全成熟烟尘，SCM 的早期烟尘具有更快的反应速率。团队同时也研究了一种少见的核壳分离模型(CSM)。最后，表征了不同氧化模型的烟尘纳米结构，并通过拉曼结果和晶格边缘分析建立了宏观性质和纳米结构的关系。这项工作对于预测烟尘的氧化行为有积极意义。

所使用的系统- Climate 气相加热杆：使用 DENS Climate 原位气相加热样品杆，研究团队可以在透射电镜中向样品区通入气氛并同时加热，从而原位研究烟尘纳米颗粒的在高温下的氧化过程。

文献 6

作者：清华大学 李亚栋等

题目：Self-carbon-thermal-reduction strategy for boosting the Fenton-like activity of single Fe-N4 sites by carbon-defect engineering.

期刊：Nature Communications 14(1): 7549.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43040-5

摘要：通过简单、可靠的方法对金属单原子催化剂进行碳缺陷处理，提高其催化活性，并揭示碳缺陷与催化活性的关系，很有意义但颇具挑战。该团队报告了一种简便的自发碳热还原方法，对 ZnO-C 纳米反应器中单个 Fe-N4 位点进行碳缺陷处理，作为类芬顿反应中苯酚降解的有效催化剂。在合成过程中，碳空位很容易在单个 Fe-N4 位点附近产生，这促进了 C-O 键的形成，并降低了苯酚降解过程中速率决定步骤的能垒。因此，具有碳空位的催化剂 Fe-NCv-900 比没有碳空位的 Fe-NC-900 表现出更高的活性，苯酚降解的一级速率常数提高了 13.5 倍。Fe-NCv-900 具有高活性(仅 5 分钟苯酚去除率 97 %)、良好的可回收性、广泛的 pH 通用性(pH 范围 3-9)。这项工作不仅为提高金属单原子催化剂的类芬顿活性提供了合理的思路，而且加深了对外围碳环境如何影响金属-N4位点的性质、性能的基本理解。

所使用的系统- Wildfire 加热杆：使用 DENS Wildfire 原位加热样品杆，研究团队可以在透射电镜中对 ZnO-C 纳米反应器中单个 Fe-N4 位点进行碳缺陷处理，并研究其催化活性的变化。