原位样品杆优秀论文赏析 | 《Energy Storage Materials》对退化NCM 正极材料直接再生机制的多尺度观察

参赛人：南昌大学 邢春贤

获奖等级：一等奖（1000元+荣誉证书）

获奖论文：Multiscale observations on mechanisms for direct regeneration of degraded NCM cathode materials （对退化NCM 正极材料直接再生机制的多尺度观察）

碱性水电解作为一种重要的电化学反应，可作为大规模产生氢气的可行候选方式（仅次于质子交换膜）。通过对水电解催化剂进行筛选，可制备与传统方式相比更为高效的电极材料，从而确定下一步研发所需的材料体系。

为此，Avantium Chemicals BV 与荷兰 VSParticle 公司合作，基于火花烧蚀纳米印刷沉积系统和电化学高通量筛选装置组合进行了碱性水电解催化剂的筛选实验。经过验证，这一装置组合能够在工业化电流密度下的流体动力学条件下制备和筛选电极材料。这表明该装置不仅适用于筛选最佳催化剂和稳健的催化剂制备，而且还可用于优化更大规模的实验。

通过在环境透射电镜中使用 DENS Lightning 原位热电系统，新加坡南洋理工大学的 Martial Duchamp 博士和他的合作者以原子级分辨率观察了固态氧化物燃料电池的工作情况，进而建立了氧分压、氢分压、温度、电池开路电压和微观结构变化之间的直接关系。

VSParticle 在代尔夫特成立后研发出了 VSParicle-G1 纳米粒子发生器，在获得融资后推出了 最新的VSParticle-P1 纳米印刷沉积系统。它可以将纳米颗粒组合成任何所需的配置，开发用于大规模商业生产的制氢的膜电极（CCMs)和气体传感器。

在上期推文《DENS 原位样品杆中国用户 2023 科研成果精选》中，我们精选 13 篇国内用户的研究成果，向大家介绍 DENS 原位样品杆助力纳米技术领域研究的创新成果和研究发现。

本期我们精选 11 篇海外用户的科研文献，本文分享其中的6篇，希望为读者呈现 2023 年相关领域的最新前沿进展。我们期待科研工作者在新的一年中继续勇攀科学高峰，不断探索未知，创造更多创新成果。

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），本文分享其中的6篇，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。

原子层沉积技术（ALD ）提供了⼀个创造表⾯活性催化剂位点的⽅式，能够创造出传统合成⽅法⽆法实现的⾼性能催化剂。该技术已被证明具有成本效益，并可以显著提升催化剂的性能。

我们推测，ALD 涂层选择性地结合 Pt 纳米颗粒上的非对称位点，同时留下更具选择性的位点进行脱氢反应。

本文中，Zhongtao 等人以 CGO 为例，介绍了一种在不同气体氛围(氧气，氢/水混合气)下，随着升温过程，在环境透射电镜(ETEM) 中进行电化学阻抗谱分析的方法。

由二氧化钛支撑的铂纳米颗粒(NPs)表现出金属-载体强相互作用(SMSI)，这可以诱导覆盖层的形成，以及该薄层支撑材料对纳米颗粒的封装。这种包覆改变了催化剂的性质，例如增加了它的化学选择性并稳定了它的烧结性能。包覆通常是在高温还原活化过程中诱导的，可以通过氧化处理逆转。然而，最近的研究结果表明，包覆层在氧气中是可以稳定的。

VSParticle公司提出一种新型的工艺采用干法电极技术，直接将催化剂颗粒进行涂布，从而避免引入液体溶剂和大量粘结剂。该工艺通过放电等离子体在流动的气氛中形成0-20nm的初始气溶胶颗粒，再利用冲压沉积原理配合打印模块进行气溶胶直写沉积。

催化剂在石油（石油和天然气）、化学品生产（例如聚合物/塑料）甚至食品工业等世界经济的主要工业部门中发挥着极其重要的作用。 数据表明，我们可以设计一种极其稳定、坚固且更具选择性的催化剂，以降低化学制造的能耗。 为此，我们需要通过动力学和热力学测量以及考虑实际过程可变性的计算来了解 ALD 外涂层与选择性和稳定性的关系。

原文标题：Observation and characterization of copper electrodeposition

液相透射电子显微镜(LPTEM)是一种在微制造芯片中集成液体流动能力的技术，提供了以亚纳米空间分辨率和亚微秒时间分辨率研究溶液中不同过程的手段。然而，目前的LPTEM方法缺乏适当的流体控制，并且存在不需要的电子束照射效应，导致分析TEM方法有限，实验结果不可重复。为了应对这些挑战，DENSsolutions Stream系统采用了专用的Nano-Cell设计和先进的流体泵送系统，可以完全控制液体流量和液体厚度。因此，用户能够可靠地测量材料加工、结构、性能和性能之间的相关性，同时观察液体中作为温度或偏压函数的实时动态。

金属催化剂由于其在工业氧化还原反应中的关键作用而被广泛研究。然而，研究中的许多问题仍然存在，阻碍了它们的设计优化。具体而言，金属催化剂在工况条件下的行为以及结构动力学和催化活性之间的关系仍未完全了解。事实上，从原子级别理解工作催化剂的构效关系，对于优化它们的设计是至关重要的。

原文标题：High resolution and analytical electron microscopy in a liquid flow cell via gas purging

LPEM已广泛应用于材料科学、能源和生命科学，为电池和燃料电池中关键材料的成核和生长、动态演化以及生物分子的3D成像提供了基本的见解。但在LPEM中厚厚的液体层甚至可以达到1μm以上。虽然研究人员通过各种方法使得LPEM在高分辨率和分析电子显微镜中拥有可行性，然而，每种方法也有固有的局限性。这项工作中，作者提出了一种通用且稳健的方法。这种方法可以分别通过能量色散X射线光谱(EDX)和电子能量损失光谱(EELS)获得高分辨率的TEM图像、化学成分和价态分析。此外，该方法具有可逆性和可重复性，因此可以在充满芯片和稀薄液体之间进行交替，以研究依赖于液体厚度的物理和化学现象。

原位标题：In Situ TEM study of Magnetostructural transition in FeRh

FeRh是一种非常有趣的材料，因为它在75-105°C之间经历了从反铁磁（AF）相到铁磁（FM）相的磁结构转变。它在室温以上畴壁分离的相共存能力为自旋电子器件中利用畴壁运动提供了巨大的潜力。差分相位对比（DPC）成像的扫描透射电子显微镜（STEM）技术允许以约1纳米的空间分辨率成像纳米结构薄膜中的磁感应，其随着施加的电场、磁场和温度的变化，结合Lightning D9 +系统可以对FeRh薄膜进行协同原位加热和应用电流脉冲分析。通过原位加热，磁结构转变为FM相，诱导磁畴的形成。随后施加电流脉冲促使磁畴壁运动到与施加电流脉冲方向垂直的磁畴壁状态。这些发现为FeRh薄膜系统从AF相到FM相磁结构转变的复杂细节提供了基本的见解。

工业催化中，人们对于还原气氛下碳载体上钴催化剂的化学状态知之甚少。研究人员利用Climate探索 H2 与合成气对空心碳负载的氧化钴纳米颗粒的还原性的影响。

为了探究工况催化条件下的强金属-载体相互作用，研究人员利用Climate系统直接观察铂纳米颗粒和二氧化钛载体之间的相互作用，揭示了典型催化剂Pt-TiO₂的化学状态。

气相加热TEM在科研领域的强大能力毋庸置疑，但是不同参数测量位置之间存在时间延迟的问题。为此开发了一直数据同步的方法，为所有TEM设置进行自动时间延迟校准。

原文标题：Correlative analysis of methane oxidation catalyzed by palladium

DENSsolutions Climate G+系统能够在一次实验中全面表征工作中催化剂的结构、化学和电子特性。为了更好地理解反应动力学，搭配了气体分析仪，便于直接分析气体产物。采用透射电镜成像和实时化学气体分析相结合的方法，对甲烷的催化氧化过程进行了研究。发现反应产物的比例取决于气体环境、温度和催化剂样品。

原文标题：The reconstruction behavior of NiAu bimetallic nanoparticles under a hybrid water-hydrogen atmosphere

DENSsolutions Climate Vaporizer 蒸汽反应器放置在TEM样品架之前，与混合气体压力和流量控制器相连。这种设计带来了诸多优势，如避免原始干燥气体供应的污染，快速和广泛范围的水分压力切换（0到100%相对湿度（RH）），以及对压力、流量、气体组成和水蒸气水平等气体参数的独立控制。在这项工作中，使用蒸发器研究了NiAu双金属核壳纳米颗粒的重构行为，该催化剂在水和氢的混合气氛下对CO2加氢反应中的CO具有高选择性。

液相透射电子显微镜在材料和生命领域都有着巨大的贡献，而这主要归功于DENS的研究人员通过独创的Stream系统中的双芯片微流体通道，于此可视化金属铜晶体的电沉积过程。

由于超过 100℃ 的高空间分辨测绘十分困难，DENSsolutions 和合作者共同开发了一种测量纳米级温度的新技术，并用该技术证实了 Wildfire Nanochip 纳米芯片无与伦比的温度精度和均匀性。