掃描探針顯微鏡是從微觀層面研究電化學(xué)界面的一類重要工具。本書全面涵蓋了各類應(yīng)用于電化學(xué)領(lǐng)域的掃描探針顯微術(shù)的工作原理、發(fā)展歷程及其科學(xué)價(jià)值。本書的出版旨在推動(dòng)電化學(xué)與掃描探針顯微術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域的融合與發(fā)展。
2016年國(guó)家杰出青年科學(xué)基金
2017年中組部“萬人計(jì)劃”中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才
目錄
第1章 引言 1
1.1 掃描探針顯微術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史 1
1.2 掃描探針顯微術(shù)形貌成像 2
1.2.1 掃描隧道顯微鏡 2
1.2.2 原子力顯微鏡 3
1.3 掃描探針顯微術(shù)功能成像 5
1.3.1 力學(xué)功能成像 5
1.3.2 電學(xué)功能成像 6
1.3.3 化學(xué)功能成像 8
1.4 總結(jié)與展望 10
參考文獻(xiàn) 11
第2章 掃描電化學(xué)微探針原理及應(yīng)用 13
2.1 掃描電化學(xué)顯微術(shù)（SECM） 13
2.1.1 SECM工作模式 13
2.1.2 SECM儀器 17
2.1.3 SECM應(yīng)用 19
2.2 垂直（Z方向）掃描微電極技術(shù)（VSMET） 22
2.2.1 VSMET微電極 23
2.2.2 VSMET測(cè)試系統(tǒng) 25
2.2.3 VSMET電位/電流分布測(cè)試 26
2.2.4 VSMET電位分布測(cè)量 27
2.2.5 局部電場(chǎng)對(duì)VSMET電位分布的影響 30
2.2.6 VSMET的應(yīng)用 32
2.3 掃描離子電導(dǎo)顯微術(shù)（SICM） 36
2.3.1 工作原理和工作模式 36
2.3.2 儀器組成 39
2.3.3 SICM應(yīng)用 40
2.4 掃描電化學(xué)電解池顯微術(shù)（SECCM） 51
2.4.1 SECCM技術(shù)基本原理 51
2.4.2 位置反饋及工作模式 52
2.4.3 應(yīng)用 54
2.5 總結(jié)與展望 60
參考文獻(xiàn) 61
第3章 掃描探針顯微術(shù)對(duì)固體中電子及離子輸運(yùn)行為的表征應(yīng)用 72
3.1 固體中電子及離子輸運(yùn)行為的研究表征需求 72
3.1.1 傳統(tǒng)能源器件中的電子及離子動(dòng)力學(xué)行為表征方法 72
3.1.2 基于掃描探針顯微術(shù)的電子及離子動(dòng)力學(xué)行為表征方法 74
3.2 基于掃描探針顯微鏡的固體中電子輸運(yùn)行為表征方法 75
3.2.1 基于光調(diào)制方法的掃描開爾文探針顯微術(shù) 76
3.2.2 時(shí)間分辨靜電力顯微術(shù)的電子輸運(yùn)行為表征應(yīng)用 81
3.2.3 納秒級(jí)時(shí)間分辨掃描探針顯微術(shù)的電子輸運(yùn)行為表征應(yīng)用 86
3.3 基于掃描探針顯微鏡的固體中離子輸運(yùn)行為表征方法 91
3.3.1 導(dǎo)電原子力顯微鏡交流阻抗成像技術(shù)介紹 92
3.3.2 導(dǎo)電原子力顯微鏡交流阻抗成像技術(shù)的表征應(yīng)用 93
3.3.3 電化學(xué)張力顯微術(shù)原理介紹及空間表征應(yīng)用 95
3.3.4 電化學(xué)張力顯微術(shù)的時(shí)域譜成像表征應(yīng)用 98
3.3.5 時(shí)間分辨靜電力顯微術(shù)的離子輸運(yùn)行為表征應(yīng)用 99
3.4 總結(jié)與展望 102
參考文獻(xiàn) 103
第4章 掃描探針顯微術(shù)在電催化中的應(yīng)用 108
4.1 電化學(xué)掃描探針顯微術(shù) 108
4.2 電催化反應(yīng)與電催化劑 109
4.2.1 電催化反應(yīng) 109
4.2.2 電催化劑 111
4.2.3 金屬卟啉/酞菁類電催化模型體系的研究 112
4.3 電化學(xué)掃描隧道顯微術(shù)在電催化研究中的應(yīng)用 115
4.3.1 模型體系的構(gòu)建 115
4.3.2 電催化劑結(jié)構(gòu)的表征 119
4.3.3 電催化過程的研究 124
4.4 膜電極的結(jié)構(gòu)與演化 128
4.5 總結(jié)與展望 130
參考文獻(xiàn) 132
第5章 掃描探針顯微術(shù)在儲(chǔ)能電化學(xué)中的應(yīng)用 143
5.1 背景 143
5.1.1 儲(chǔ)能電化學(xué)過程中的表界面問題 143
5.1.2 電化學(xué)掃描探針顯微術(shù)在儲(chǔ)能電化學(xué)的應(yīng)用 146
5.2 鋰離子/鋰金屬電池界面過程 147
5.2.1 石墨負(fù)極過程 148
5.2.2 硅負(fù)極過程 153
5.2.3 鋰負(fù)極過程 156
5.2.4 正極過程 164
5.3 鋰硫電池正極-電解液界面轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程 165
5.3.1 正極轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程 167
5.3.2 界面優(yōu)化和調(diào)控機(jī)制 170
5.3.3 催化電極界面研究 172
5.4 鋰氧電池正極-電解液界面電化學(xué)過程 175
5.4.1 氧氣正極轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程 176
5.4.2 電解液添加劑介導(dǎo)界面反應(yīng)機(jī)制 179
5.4.3 催化電極界面反應(yīng)機(jī)制 181
5.5 固態(tài)金屬鋰電池界面演化與失效機(jī)理 182
5.5.1 正極-電解質(zhì)界面演化 184
5.5.2 負(fù)極-電解質(zhì)界面演化 186
5.5.3 固態(tài)電解質(zhì)動(dòng)態(tài)演化 188
5.6 總結(jié)與展望 191
參考文獻(xiàn) 192
第6章 掃描探針顯微術(shù)在光電化學(xué)中的應(yīng)用 203
6.1 背景 203
6.2 分子發(fā)光和能量轉(zhuǎn)移 203
6.2.1 單分子本征發(fā)光特性 203
6.2.2 分子聚集體中的能量轉(zhuǎn)移 210
6.3 光催化反應(yīng) 214
6.3.1 單晶表面分子的光催化過程 214
6.3.2 納米材料表界面的光催化過程 218
6.4 太陽能電池 222
6.4.1 太陽能電池中的載流子動(dòng)力學(xué) 222
6.4.2 太陽能電池中的界面能帶結(jié)構(gòu) 224
6.5 總結(jié)與展望 227
參考文獻(xiàn) 227
第7章 掃描探針顯微術(shù)在生物體系中的應(yīng)用 232
7.1 背景 232
7.2 生物體系專用的掃描探針顯微術(shù) 232
7.2.1 生物體系A(chǔ)FM 233
7.2.2 生物體系SECM 234
7.2.3 生物體系SICM 234
7.3 掃描探針顯微術(shù)在生物體系中的研究應(yīng)用 235
7.3.1 核酸研究 235
7.3.2 蛋白質(zhì)和酶的表征 241
7.3.3 細(xì)胞研究 247
7.3.4 微組織表征 263
7.3.5 細(xì)菌生物膜的研究 267
7.4 總結(jié)與展望 274
參考文獻(xiàn) 277
第8章 掃描探針顯微術(shù)在微納加工中的應(yīng)用 292
8.1 背景 292
8.2 增材制造 293
8.2.1 掃描微電解池技術(shù) 293
8.2.2 掃描電化學(xué)顯微術(shù) 295
8.3 減材制造 296
8.3.1 超短電勢(shì)脈沖技術(shù) 296
8.3.2 約束刻蝕劑層技術(shù) 297
8.4 總結(jié)與展望 300
參考文獻(xiàn) 300
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