“在读博之前，我收货平平，不怎么爱学习，也莫得考上好大学。”张秋波回忆，读博、作念科研是他东谈主生的调动点。近日，好意思国劳伦斯·伯克利推行室郑海梅团队在Nature上发文宝贝好色，罢了了液相电化学液体池原子分辨成像的突破，同期冲突了对带电固液界面的传统清晰。张秋波在郑海梅课题组作念博后，他是论文的第一作家，亦然总计接头的主导者。在妙手如云的伯克利推行室，张秋波的学历配景并不凸起——本硕齐是一般院校。但自读博以来，张秋波“没发过差著述”，此次更是发表了东谈主生中的首篇Nature著述。
1、摘抄
电化学反馈是由电流引起或跟随电流的化学变化，是电化学电板（如干电板、蓄电板）、电解（如电解水、金属电镀）、燃料电板和太阳能燃料发电等技能的基础，带电固液界面（ESLIs）则在各式电化学流程中起看重要作用。带电界面处的电子和质地输运可能会导致结构改变，从而权臣影响反馈路线。举例，反馈流程中的电催化剂名义重组会权臣影响催化机制和反馈产品。
一路向西但是带电固液界面细节的接头仍存在以下问题：
（1）当今先进的原位方法仅限于在电偏置下通过液体进行成像：电化学中各式ESLI还是使用先进的拉曼光谱、X射线散射技能等进行接头，但是空间信息仅限于在电偏置下通过液体进行成像。
（2）ESLI的微不雅细节仍不了了：由于固液界面存在电解质中，且现时通过液体进行原位成像的技能空间分辨率有限，是以在电偏置下成功探伤固液界面的原子能源学极具挑战性。
近二十年来，郑海梅课题组一直悉力于于高分辨液体池的探索，在原子法度上不雅察关联物理化学流程的动态细节。他们设置了一种先进团员物液体电板——使用团员物膜取代硅窗口，并磋磨纳米制造工艺在薄膜上千里积电极来提升液体池的分辨率，和透射电子显微镜（TEM）磋磨使用不错成功监测铜（Cu）催化的CO2电复原反馈（CO2ER）流程中ESLI的原子能源学。关联论文以题为“Atomic dynamics of electrified solid–liquid interfaces in liquid-cell TEM”于2024年06月19日发表在Nature上。据一作作家张秋波描述，他们在技能上的突破是唯独无二的，还是请求了专利，“别的推行室纵令有‘魁岸上’的电镜仪器，也罢了不了这个技能”。
论文流畅：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07479-w宝贝好色
2、正文
2.1、ESLI处波动的非晶界面相
接头团队使用团员物液体电板进行了CO2的铜催化磨练，图1（a）是磨练暗示图，如图1（b）所示，Cu纳米线招引到Pt阴极，在电化学反馈流程中监测铜催化剂和电解质之间的界面。跟着外部电势的冉冉增多，在铜纳米线的名义出现了周期性隐匿-出现的液态非晶结构。高分辨率成像技能突显了将非晶界面与结晶银和电解液区别开的权臣特征：非晶界面与电解液之间的界面平滑，而与结晶铜的界面则呈现出粗糙的原子台阶特色。这意味着催化剂名义发生了重构，如图2所示。
图1 液态非晶界面相的磨练和表征：（a）磨练暗示图，（b）铜纳米线暗场图，（c）固液界面的TEM图，（d）界面的HRTEM图，（e）不同相铜 L2/3边的电子能量亏空谱(EELS)
非晶界面展现出了两种类型的动态举止：（1）沿着铜结晶颗粒名义流动扩散；（2）非晶界面与铜结晶颗粒相互调动，导致铜晶体颗粒正本平滑的名义变得不屈整。在图2（b）中不错不雅察到展示扩散举止的代表本性况，图2（c）中不错不雅察到非晶界面与结晶铜之间的无数相互调动，这主如若由电化学反馈中的不均匀质地再散播引起的。
图2 类液体非晶态界面的能源学举止：（a）动态举止的暗示图。（b）HRTEM图像败露了在结晶铜名义上液态非晶态界面的动态举止。（c）HRTEM图像败露了结晶铜和非晶界面之间的相互调动，
2.2、界面调控名义重组
如图3所示，在结晶铜与电解质的界面处，铜原子不错被移出其原子级的平台，然则，这些产生的空白会赶紧地取得补充，进而从头酿成光滑且在原子层面上平整的名义。在结晶铜与非晶界面的界面处，铜原子的移除显得更为权臣，且似乎速即无规。因此，在结晶铜与非晶界面之间的界面处，原子的速即移除促使了粗糙界面的酿成。
图3 ESLI上铜重构和熔解的原子能源学：（a）三种类型的界面的HRTEM图像。（b）两种不同原子分离样式的暗示图:原子步进样式和速即样式。（c）HRTEM图像败露了铜原子在三相处的原子级分离。（d）HRTEM图像败露了铜原子在结晶铜和非晶界面的速即分离。
2.3、中间相酿成机制
最终，作家忽视了非晶界面相酿成的机理。表面上，在电化学流程中，ESLI 处会酿成一个电双层，从而截止界面反馈的能源学和热力学。字据推测和推行不雅察，如图4所示：在负电位的影响下，纳米线名义的Cu原子带电并激活。电解质中的吸附分子可能会吸附在这些被激活的Cu原子上，这一流程可能导致Cu的熔解以及[CuCO]+络合物的酿成。[CuCO]+络合物的固有不结识性导致它自觉地解离成Cu+和CO。这些Cu+离子通过与含水性电解质中的极性分子磋磨，不错酿成水合物或其它Cu络合物，大致被复原成Cu0。因此酿成了一种包含Cu0和Cu1+搀杂物的非晶界面。
图4 忽视了非晶界面相酿成和Cu名义重构的机理：（a）块体铜的最高声子频率随电子掺杂浓度的不同而变化。（b）在有电子掺杂或莫得电子掺杂的情况下，Cu空位在不同位置的酿成能。（c）驱动和最斥逐构的快照(800 fs)。（d）结晶铜名义重构流程的暗示图，包括名义原子的活化、铜的熔解和与溶剂分子的磋磨，以及非晶界面和结晶铜之间的可逆调动。
3、论断
接头成果揭示了金属催化剂名义波动的液态非晶界面相的酿成流程，这一流程的能源学特性介导了催化剂名义的重构征象。在电催化反馈的流程中，电极固液界面（ESLIs）的原子能源学为中间体的产生以及催化剂名义的重构提供了新的视角和意志。通过运用原位成像智力，这些接头成果为探索原子能源学以及它们在波及ESLIs的等闲系统中的影响提供了宽敞契机。这些勉力，可能为剖释波及ESLIs的动态原子结构和功能关系铺平谈路，为通过调遣固液界面来截止好多电化学反馈奠定基础。
本文来自微信公众号“材料科学与工程”。