L'AFM permet à l'équipe de recherche de publier plusieurs articles dans des revues internationales de premier plan

Récemment, l'équipe de recherche de l'Institut de recherche sur l'énergie propre et la chimie des combustibles, de l'École de génie chimique de l'Université des sciences et technologies de Liaoning, a publié consécutivement une série de dernières découvertes de recherche dans la revue de premier plan sur l'énergie hydrogène, International Journal of Hydrogen Energy, et la revue de chimie des interfaces faisant autorité, Journal of Colloid and Interface Science. Le microscope à force atomique (AFM) multifonctionnel AtomEdge Pro, développé indépendamment par Truth Instruments, a fourni une caractérisation cruciale de la dynamique de charge interfaciale à l'échelle nanométrique pour la recherche susmentionnée. Tirant parti de sa technologie de microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM) assistée par photo in situ, il est devenu un outil essentiel pour révéler les mécanismes d'amélioration des performances des matériaux.

Capture d'écran de la publication dans le Journal of Colloid and Interface Science

Capture d'écran des publications dans le International Journal of Hydrogen Energy

Le modèle d'instrument utilisé dans la série d'articles (Truth Instruments, AtomEdge Pro)

Dans la recherche photoélectrochimique, les réactions électrochimiques déclenchées par l'interaction entre la lumière et les matériaux - telles que la dissociation de l'eau pour la production d'hydrogène et le développement de nouvelles cellules solaires - dépendent fortement du comportement des charges à la surface et aux interfaces du matériau. L'efficacité de la séparation, du transport et de la recombinaison des charges détermine directement la performance ultime du dispositif. La technologie KPFM offre des capacités uniques de caractérisation in situ dans ce domaine, spécifiquement démontrées dans les aspects suivants :

• Caractérisation précise de la structure de bande : La KPFM peut mesurer avec précision la fonction de travail des matériaux photoélectrodes tels que TiO₂, BiVO₄ et les pérovskites. Cela permet d'analyser des paramètres clés tels que la courbure de bande et la concentration de porteurs, fournissant une base théorique pour la conception et l'optimisation des matériaux.

• Visualisation de la dynamique des charges :

  • Analyse de l'hétérogénéité spatiale : La KPFM révèle clairement la distribution potentielle à travers différents grains, joints de grains et défauts à la surface du matériau. Elle identifie les « régions à haut rendement » pour la séparation des charges et les « pièges de recombinaison », fournissant des indications spatiales pour la modification des matériaux.

  • Surveillance en temps réel dans des conditions opératoires : En effectuant des mesures KPFM in situ sous illumination, les processus de génération, de séparation et d'accumulation de charges photogénérées peuvent être observés en temps réel. Cela permet également l'évaluation quantitative de la phototension et de sa distribution spatiale.

Images de topographie AFM et projections de potentiel de surface 3D correspondantes de la photoanode mesurées par KPFM assistée par photo in situ dans l'obscurité et sous illumination.

• Études du comportement interfacial : Au niveau des hétérojonctions ou des interfaces semi-conducteur-électrolyte, la KPFM peut sonder le champ électrique intégré et les processus de transfert de charge. Cela révèle l'alignement des niveaux d'énergie et les mécanismes de transport, offrant des preuves directes pour la conception de l'ingénierie des interfaces et des couches de modification.

• Corrélation multi-techniques in situ : La KPFM peut être combinée de manière synergique avec des méthodes telles que la spectroscopie in situ et les calculs théoriques pour construire un système d'analyse complet multidimensionnel et multi-échelle. Par exemple, lors d'une réaction photoélectrochimique, la KPFM suit en temps réel les changements de potentiel de surface, la spectroscopie Raman identifie les intermédiaires de réaction et les espèces adsorbées, et les calculs théoriques simulent le comportement des charges et les voies de réaction au niveau atomique/électronique. La synergie de ces trois techniques permet une analyse complète, des signaux macroscopiques aux structures microscopiques et aux modèles théoriques, améliorant considérablement la profondeur et la précision de la compréhension des mécanismes de réaction complexes.

Évaluation de l'analyse des mécanismes multidimensionnels et des performances combinant la spectroscopie Raman in situ avec des expériences KPFM assistées par photo in situ.

La technologie KPFM in situ intégrée à l'AtomEdge Pro améliore non seulement de manière significative la capacité d'observation de la dynamique des charges interfaciales, mais fournit également un support de données robuste pour la conception rationnelle de matériaux et de dispositifs photoélectriques à haute performance.

Microscope à force atomique multifonctionnel AtomEdge Pro

L'AtomEdge Pro peut effectuer une imagerie 3D des matériaux, des dispositifs électroniques et des échantillons biologiques, réalisant une caractérisation morphologique au niveau sub-angström. Il dispose de plusieurs modes de fonctionnement, notamment le contact, le tapping et le non-contact, offrant aux utilisateurs des choix opérationnels plus flexibles et précis. De plus, il intègre divers modes fonctionnels tels que la microscopie à force magnétique (MFM), la microscopie à force électrostatique (EFM), la microscopie à sonde Kelvin (SKPM) et la microscopie à force piézoélectrique (PFM), offrant une grande stabilité et une excellente extensibilité. De plus, des modules fonctionnels peuvent être personnalisés de manière flexible en fonction des besoins de l'utilisateur, offrant des solutions ciblées pour des domaines de recherche spécifiques et créant une plateforme de détection polyvalente et à haut rendement.

La contribution de Truth Instruments à la publication d'articles de haut niveau par l'équipe de recherche de l'Université des sciences et technologies de Liaoning dans les principales revues internationales souligne une fois de plus les capacités révolutionnaires des instruments de recherche scientifique haut de gamme nationaux. À l'avenir, Truth Instruments continuera à approfondir son innovation technologique, en offrant des conceptions modulaires plus flexibles et des performances plus stables. Cela aidera les équipes de recherche chinoises à découvrir davantage de découvertes « de 0 à 1 », faisant des instruments nationaux une force vitale soutenant la recherche mondiale de premier plan.