這臺可以打印Nature的頂刊打印機，你應該了解一下

近年來，掃描透射（STEM）成像技術得到了快速的發展。通過配備BF，DF2，DF4，HAADF探頭，掃描透射（STEM）成像技術可同時獲得質厚襯度像，衍射襯度像及原子序數襯度像。其中由HAADF探頭能夠在一定程度上區分不同原子序數的原子的特點，而應用最為廣泛。雖然STEM技術在各方面的應用都很廣泛，但他也有兩個明顯的應用瓶頸：

1.輕重元素原子的同時成像問題

現有的STEM技術，雖然利用HAADF探頭可用于區分重原子，但是對于C，N，O等輕原子卻無能為力。

2.對電子束敏感材料的成像問題

分子篩和MOF材料通常只能承受幾百到幾千個電子的輻照，對電子束非常敏感。這些材料在表征的時候對實驗人員的要求非常高，操作難度非常大。

iDPC (Integrated Differential Phase Contrast)成像技術，又稱為積分差分相位襯度技術，是近幾年流行的十分前沿的成像技術。iDPC成像技術解決了目前STEM成像領域的兩大瓶頸，即輕重元素原子的同時成像問題和對電子束敏感材料的成像問題。使用iDPC所得到的圖像具有信噪比非常高的特點。

如果說iDPC有什么缺點的話，那大概就是價格太貴吧——一臺帶有iDPC功能的電鏡可以賣到數百萬美金。也正是因為iDPC強大的成像功能，他也成了名副其實的頂刊打印機。

這篇文章為大家匯總了近來iDPC在頂級雜志中的表現。

1.武漢大學鄧鶴翔教授、昝菱教授&上海科技大學Osamu Terasaki Nature：TiO₂填充MOF中孔用于CO₂光還原

金屬有機骨架（MOF）以與氣體分子的特殊相互作用而聞名。這與它們豐富而有序的孔隙度相結合，使它們成為將氣體分子光催化轉化為有用產品的有希望的候選者。但是，嘗試使用MOF或基于MOF的復合材料進行CO₂光還原通常會導致二氧化碳轉化效率遠低于從最新的固態催化劑或分子催化劑獲得的CO₂轉化效率，即使在犧牲試劑的幫助下也是如此。

武漢大學鄧鶴翔教授、昝菱教授，上海科技大學Osamu Terasaki通過在基于對苯二甲酸鉻的MOF（MIL-101）及其衍生物的不同孔中生長TiO₂，在MOF晶體內部創建“分子隔室”。這使得光吸收/電子產生的TiO₂單元與MOF骨架中的催化金屬簇之間具有協同作用，因此有助于光催化還原CO₂，同時產生O₂。在由MIL-101衍生物中的42％TiO₂組成的復合物中，即42％-TiO₂-in-MIL-101-Cr-NO₂中，觀察到在350納米波長處CO₂光還原的表觀量子效率為11.3％。該復合材料中一種隔室中的TiO₂單元的活性是另一種隔室中的TiO₂單元的44倍，強調了該系統中TiO₂精確定位的作用。

文獻鏈接：

Filling metal–organic framework mesopores with TiO₂ for CO₂ photoreduction

Nature, 2020, 10.1038/s41586-020-2738-2

2.清華大學魏飛&陳曉Nat. Commun.:金屬有機框架整體結構和局部結構中節點-連接基配體的成像

多孔金屬有機框架（MOF）由于具有高度可調節的孔隙率，連通性和局部結構，因此在催化，氣體存儲和分離中顯示出廣泛的應用。然而，MOF的電子束敏感性使得很難在掃描透射電子顯微鏡（STEM）下對它們的整體和局部結構進行原子成像，以研究它們的結構-性質關系。清華大學魏飛&陳曉報道了基于iDPC技術的STEM的光束敏感型MOF MIL-101的低劑量成像。這些圖像通過約1.8?的信息傳遞來解析框架內Cr節點和有機連接基的協調。在iDPC-STEM下還可以顯示MIL-101中的局部結構，包括表面，界面和缺陷。這些結果提供了一種可擴展的方法，以超高分辨率對各種光束敏感材料進行成像，并為整個MOF展開了框架結構，以進一步針對MOF進行缺陷和表面工程化，以實現定制功能。

文獻鏈接：

Imaging the node-linker coordination in the bulk and local structures of metal-organic frameworks

Nat. Commun., 2020, 10.1038/s41467-020-16531-y

3.清華大學朱靜&段文暉Adv. Funct. Mater.:Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ超導體中摻雜氧原子的可視化

適量的過量氧氣在空穴摻雜的銅酸鹽高Tc超導中起重要作用。清華大學朱靜&段文暉對Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ中的摻雜氧通過iDPC掃描透射電子顯微鏡直接成像。觀察到摻雜劑氧的位置與從不相稱結構的局部應變分析推斷出的位置一致。使用第一性原理計算進一步研究了摻雜氧對局部原子晶格和電子結構的影響。摻雜氧原子不僅加劇了局部原子排列的畸變，而且還通過將電荷從BiO平面轉移到CuO2平面來改變電子態，解決了電荷轉移的基本機制。該結果也可能適用于其他具有高Tc超導性的摻氧銅酸鹽。

文獻鏈接：

Visualization of Dopant Oxygen Atoms in a Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor

Adv. Funct. Mater., 2019, 10.1002/adfm.201903843

4.Wayne D. Kaplan Acta Materialia：通過STEM中的相襯識別界面原子結構——平衡的Ni-YSZ界面

固態氧化物燃料電池在高效能源存儲和電力供應的前景廣闊。在眾多固態氧化物燃料電池體系中，Ni和釔穩定氧化物（YSZ）之間的界面是關鍵部分，此處Ni作為陽極材料。因此，界面穩定性至關重要。在電池工作期間，Ni-YSZ界面暴露在高溫下引起Ni顆粒的粗化，總的界面能減少，驅動界面總面積的減少，從而導致電池工作效率的劣化。提高電極中界面穩定性和持久性是固態氧化物燃料電池領域的一個關鍵挑戰。

Ni和釔穩定氧化鋯（YSZ）的平衡界面是1350℃，氧偏壓為10-20atm條件下，Ni薄膜在YSZ單晶的(111)表面通過固態潤濕形成的。平衡固-固界面的原子結構借助iDPC-STEM技術來確定。結果顯示由于Ni和YSZ重構界面之間發生了大的晶格錯配，形成了一種包含高密度失配位錯的特殊結構。然而，盡管有大的晶格錯配，界面也不是非共格的。界面由陽離子終止，這可能是由于低氧偏壓下達到平衡導致的。

文獻鏈接：

Discerning Interface Atomistic Structure by Phase Contrast in STEM: The Equilibrated Ni-YSZ Interface

Acta Mater., 2018, 10.1016/j.actamat.2018.05.011

5.阿卜杜拉國王科技大學韓宇Angew. Chem. Int. Ed.:原子分散Mo的直接成像可將Al定位在ZSM-5沸石框架內

沸石通常用作包封客體分子的主體材料，以豐富其功能和應用，特別是在非均相催化中。不幸的是，直接成像駐留在完整的沸石微孔結構中的客體分子一直是一個挑戰。

阿卜杜拉國王科技大學韓宇報道，由于其在低劑量條件下對重元素和輕元素均具有足夠的和可解釋的圖像對比度，因此iDPC-STEM能夠直接探測沸石中的客體分子。作者首先通過成像吸附在Silicalite-1沸石中的揮發性有機化合物來證明這種獨特的能力。然后，作者使用iDPC-STEM來研究各種沸石上負載的鉬。作者在ZSM-5的微孔中觀察到孤立的單Mo團簇，并證明了框架Al在驅動Mo原子分散到微孔中的關鍵作用。根據Mo原子在微孔中的位置，特定的一對一Mo-Al相互作用使得可以在ZSM-5框架中根據圖像定位Al原子，即催化活性位。研究結果證明在原子分辨率下直接成像易碎晶體中客體成分的可行性，為研究納米多孔材料中宿主與主體之間的相互作用鋪平了道路。

文獻鏈接：

Direct imaging of atomically dispersed Mo enables locating Al in the framework of zeolite ZSM-5

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 10.1002/anie.201909834

6.清華大學李佳、干林&南方科技大學謝琳Angew. Chem. Int. Ed.：間隙氫的原子成像及鈀氫化物的表面反應性

解決表面和界面上的間隙氫原子對于理解金屬氫化物的機械和物理化學特性至關重要。盡管氫化鈀（Pd）在儲氫和電催化中具有重要的應用，但在表面附近的氫化鈀上的間隙氫原子位置仍未確定。清華大學李佳、干林&南方科技大學謝琳通過使用iDPC-STEM對Pd納米顆粒中吸收的氫原子進行的第一個直接成像。與在主體中為氫確定的八面體間隙位置相反，地下氫原子被直接識別為占據四面體間隙。密度泛函理論計算表明，表面下氫原子的數量和占據類型在微調Pd表面的電子結構和相關的化學反應性方面起著不可或缺的作用。

文獻鏈接：

Atomic Imaging of Subsurface Interstitial Hydrogen and Insights into Surface Reactivity of Palladium Hydrides

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 10.1002/anie.202006562

7.哥廷根大學Sytze de Graaf&Bart J. Kooi Sci. Adv.:解析金屬-金屬氫化物界面上的氫原子

氫氣可以安全地以高體積密度存儲在金屬中。但是，它也可能對金屬有害，導致脆化。了解氫在原子尺度上的基本行為是改善金屬-金屬氫化物系統性能的關鍵。但是，目前尚沒有能夠可視化氫原子的魯棒技術。哥廷根大學Sytze de Graaf&Bart J. Kooi證明了氫原子可以通過iDPC-STEM得到前所未有的成像，這是在掃描透射電子顯微鏡中進行的一項最新開發的技術。鈦鈦一氫化物界面的圖像顯示出氫化物相的穩定性，這源于壓縮應力和界面相干性之間的相互作用。在提出了三種模型30年后，作者還發現了一種模型，其中一種描述了氫原子相對于界面的位置。這個工作使以前對氫化物的研究不明，可以擴展到所有包含輕元素和重元素的材料，包括氧化物，氮化物，碳化物和硼化物。

文獻鏈接：

Resolving hydrogen atoms at metal-metal hydride interfaces

Sci. Adv., 2020, 10.1126/sciadv.aay4312

本文由tt供稿。

本內容為作者獨立觀點，不代表材料人網立場。

未經允許不得轉載，授權事宜請聯系kefu@cailiaoren.com。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP。