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Nature子刊等高水平文章神器——納米光譜與成像系統(tǒng)
neaSCOPE是德國neaspec公司推出的全新一代散射式近場光學(xué)顯微鏡（簡稱s-SNOM）。neaSCOPE基于散射式核心設(shè)計(jì)技術(shù)，不依賴于入射激光的波長，很大程度上提高了光學(xué)分辨率，能夠在可見、紅外和太赫茲光譜范圍內(nèi)，提供優(yōu)于10 nm空間分辨率的光譜和近場光學(xué)圖像。neaSCOPE同時(shí)支持s-SNOM功能與納米紅外（nano-FTIR）、針尖增強(qiáng)拉曼（TERS）、超快光譜（Ultrafast）和太赫茲光譜（THz）進(jìn)行聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)高分辨光譜和成像。由于其高度的可靠性和可重復(fù)性，neaSCOPE已成為納米光學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)研究方向的優(yōu)選科研設(shè)備，在等離子激元、二維材料聲子極化、半導(dǎo)體載流子濃度分布、生物材料紅外表征、電子激發(fā)及衰減過程等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。本文將概述neaSCOPE在不同領(lǐng)域發(fā)表的高水平文獻(xiàn)。 
一、高效有機(jī)光伏材料nature materials
對(duì)于有機(jī)光伏材料來說，在納米尺度上的供受體結(jié)構(gòu)域的形貌控制是提高其激子的擴(kuò)散和解離、以及載流子的傳輸和復(fù)合損耗抑制效率的關(guān)鍵所在。本文展示了一種基于多個(gè)不同長度尺度的三元供受體形貌生成的雙原纖維網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)形貌是通過輔助共軛聚合物結(jié)晶器和非富勒烯受體絲組裝結(jié)合使用得到的。本研究的關(guān)鍵點(diǎn)在于使用neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)對(duì)雙原纖維網(wǎng)絡(luò)PM6/L8-BO有強(qiáng)烈紅外信號(hào)對(duì)比度的1648/1532 cm-1波段進(jìn)行納米級(jí)的紅外成像。在此之上，通過對(duì)橫跨圖像的線方向進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，文章估算出其材料的供體與受體原纖維的直徑分別為22.1 nm和 22.6 nm。并就此得出結(jié)論：其供受體結(jié)構(gòu)域這種較低的混合體積導(dǎo)致材料擁有了較低的配對(duì)重組率和較高的填充因子。
綜上所述，通過利用這種雙原纖維網(wǎng)絡(luò)的形貌結(jié)構(gòu)，該研究將損耗最小化，能力輸出最丶大化，使得在單結(jié)有機(jī)光伏材料中獲得20%的能量轉(zhuǎn)換效率成為了一種可能。
二、催化劑的分子特性J. Am. Chem. Soc.
明確地鑒別催化劑中毒的類別需要具有納米級(jí)空間分辨率和提供吸附物的吸附位點(diǎn)和其吸附幾何形狀的詳細(xì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)的準(zhǔn)確信息。時(shí)至今日，不通過犧牲化學(xué)特性就在納米級(jí)尺度上研究金屬/金屬氧化物界面的催化劑硫中毒還是一項(xiàng)非常困難的工作。本研究利用納米傅里葉紅外光譜和掃描式近場光學(xué)顯微鏡（nano-FTIR & s-SNOM）在納米尺度上鑒定了基于Pd（納米盤）/Al2O3(薄膜)平面模型催化劑表面上的硫基催化劑中毒的化學(xué)性質(zhì)、吸附位點(diǎn)和吸附幾何形狀。在此之上，本研究揭示了對(duì)于單個(gè)Pd納米粒子來說，即使只是所用的硫酸鹽種類有納米顆粒之間的不同，也會(huì)使硫中毒有所不同甚至產(chǎn)生巨大的變化。
nano-FTIR & s-SNOM提供關(guān)鍵的分子級(jí)視角對(duì)于開發(fā)具有更長壽命的高性能多相催化劑至關(guān)重要。
三、固態(tài)電池Nature Communications
固態(tài)電池因其各種各樣的優(yōu)勢(shì)（比如更高的安全性和能量密度），擁有顯著影響能源存儲(chǔ)行業(yè)的潛力。不過，電極/電解質(zhì)界面的物理化學(xué)性質(zhì)和過程仍然是其需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)此類界面的原位表征以及對(duì)催化工程方案的科學(xué)性理解的揭示變得十分需要。在本研究中，作者利用了各種尺度的原位顯微鏡（光學(xué)、原子力和紅外近場）以及納米傅里葉紅外光譜nano-FTIR對(duì)電化學(xué)操作生成的石墨烯/固體聚合物電解質(zhì)界面進(jìn)行了無損表征。作者發(fā)現(xiàn)固體聚合物電解質(zhì)固有的納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)異質(zhì)性在鍍鋰和脫鋰的過程中引發(fā)了一系列額外的納米級(jí)界面異質(zhì)性；這其中包括鋰離子電導(dǎo)率、電解質(zhì)分解和界面形成的異質(zhì)性。
四、納米系統(tǒng)的光電特性Applied Surface Science
碳納米管（CNTs）, 石墨烯納米帶, 以及過渡金屬二硫?qū)倩铮═MDCs）等納米尺度系統(tǒng)的光電特性是由它們的介電函數(shù)決定的。這個(gè)復(fù)雜的與頻率相關(guān)的函數(shù)受激子共振、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)、摻雜、樣品的應(yīng)力和應(yīng)變以及其表面粗糙度影響。對(duì)于此介電函數(shù)的了解使科學(xué)家能夠探知材料的透射和吸收特性。在本研究中，研究者使用掃描式近場光學(xué)顯微鏡s-SNOM相關(guān)的技術(shù)提取了局部區(qū)域介電變化的數(shù)據(jù)。并在此之上，將s-SNOM測(cè)量的結(jié)果與空間分辨光致發(fā)光（PL）光譜和開爾文探針力顯微鏡(KPFM)測(cè)量的結(jié)果相關(guān)聯(lián)。
將s-SNOM與局域光致發(fā)光結(jié)果相關(guān)聯(lián)是識(shí)別和表征層間激子的有力工具。這種新穎的方法也開始在低維系統(tǒng)（碳納米管和石墨烯納米帶）上得以應(yīng)用。
neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)
一、高效有機(jī)光伏材料nature materials
對(duì)于有機(jī)光伏材料來說，在納米尺度上的供受體結(jié)構(gòu)域的形貌控制是提高其激子的擴(kuò)散和解離、以及載流子的傳輸和復(fù)合損耗抑制效率的關(guān)鍵所在。本文展示了一種基于多個(gè)不同長度尺度的三元供受體形貌生成的雙原纖維網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)形貌是通過輔助共軛聚合物結(jié)晶器和非富勒烯受體絲組裝結(jié)合使用得到的。本研究的關(guān)鍵點(diǎn)在于使用neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)對(duì)雙原纖維網(wǎng)絡(luò)PM6/L8-BO有強(qiáng)烈紅外信號(hào)對(duì)比度的1648/1532 cm-1波段進(jìn)行納米級(jí)的紅外成像。在此之上，通過對(duì)橫跨圖像的線方向進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，文章估算出其材料的供體與受體原纖維的直徑分別為22.1 nm和 22.6 nm。并就此得出結(jié)論：其供受體結(jié)構(gòu)域這種較低的混合體積導(dǎo)致材料擁有了較低的配對(duì)重組率和較高的填充因子。
綜上所述，通過利用這種雙原纖維網(wǎng)絡(luò)的形貌結(jié)構(gòu)，該研究將損耗最小化，能力輸出最丶大化，使得在單結(jié)有機(jī)光伏材料中獲得20%的能量轉(zhuǎn)換效率成為了一種可能。
Zhu et al., nature materials 21, 656 (2022)
二、催化劑的分子特性J. Am. Chem. Soc.
明確地鑒別催化劑中毒的類別需要具有納米級(jí)空間分辨率和提供吸附物的吸附位點(diǎn)和其吸附幾何形狀的詳細(xì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)的準(zhǔn)確信息。時(shí)至今日，不通過犧牲化學(xué)特性就在納米級(jí)尺度上研究金屬/金屬氧化物界面的催化劑硫中毒還是一項(xiàng)非常困難的工作。本研究利用納米傅里葉紅外光譜和掃描式近場光學(xué)顯微鏡（nano-FTIR & s-SNOM）在納米尺度上鑒定了基于Pd（納米盤）/Al2O3(薄膜)平面模型催化劑表面上的硫基催化劑中毒的化學(xué)性質(zhì)、吸附位點(diǎn)和吸附幾何形狀。在此之上，本研究揭示了對(duì)于單個(gè)Pd納米粒子來說，即使只是所用的硫酸鹽種類有納米顆粒之間的不同，也會(huì)使硫中毒有所不同甚至產(chǎn)生巨大的變化。
nano-FTIR & s-SNOM提供關(guān)鍵的分子級(jí)視角對(duì)于開發(fā)具有更長壽命的高性能多相催化劑至關(guān)重要。
J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8848?8860
三、固態(tài)電池Nature Communications
固態(tài)電池因其各種各樣的優(yōu)勢(shì)（比如更高的安全性和能量密度），擁有顯著影響能源存儲(chǔ)行業(yè)的潛力。不過，電極/電解質(zhì)界面的物理化學(xué)性質(zhì)和過程仍然是其需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)此類界面的原位表征以及對(duì)催化工程方案的科學(xué)性理解的揭示變得十分需要。在本研究中，作者利用了各種尺度的原位顯微鏡（光學(xué)、原子力和紅外近場）以及納米傅里葉紅外光譜nano-FTIR對(duì)電化學(xué)操作生成的石墨烯/固體聚合物電解質(zhì)界面進(jìn)行了無損表征。作者發(fā)現(xiàn)固體聚合物電解質(zhì)固有的納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)異質(zhì)性在鍍鋰和脫鋰的過程中引發(fā)了一系列額外的納米級(jí)界面異質(zhì)性；這其中包括鋰離子電導(dǎo)率、電解質(zhì)分解和界面形成的異質(zhì)性。
He et al.. Nature Communications 13. 1398 (2022)
四、納米系統(tǒng)的光電特性Applied Surface Science
碳納米管（CNTs）, 石墨烯納米帶, 以及過渡金屬二硫?qū)倩铮═MDCs）等納米尺度系統(tǒng)的光電特性是由它們的介電函數(shù)決定的。這個(gè)復(fù)雜的與頻率相關(guān)的函數(shù)受激子共振、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)、摻雜、樣品的應(yīng)力和應(yīng)變以及其表面粗糙度影響。對(duì)于此介電函數(shù)的了解使科學(xué)家能夠探知材料的透射和吸收特性。在本研究中，研究者使用掃描式近場光學(xué)顯微鏡s-SNOM相關(guān)的技術(shù)提取了局部區(qū)域介電變化的數(shù)據(jù)。并在此之上，將s-SNOM測(cè)量的結(jié)果與空間分辨光致發(fā)光（PL）光譜和開爾文探針力顯微鏡(KPFM)測(cè)量的結(jié)果相關(guān)聯(lián)。
將s-SNOM與局域光致發(fā)光結(jié)果相關(guān)聯(lián)是識(shí)別和表征層間激子的有力工具。這種新穎的方法也開始在低維系統(tǒng)（碳納米管和石墨烯納米帶）上得以應(yīng)用。
Applied Surface Science 574 (2022) 151672
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