3納米空間分辨率！廈門大學任斌團隊Nature子刊發表TERS催化劑表征新突破

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為了更加合理地設計高性能的多相催化劑，科學家們不再滿足于整體催化機理的研究，他們需要從原子、分子水平來了解單個活性位點的電子結構與催化性能之間的關系。近些年來，掃描探針顯微鏡與拉曼光譜聯用的針尖增強拉曼光譜（Tip-Enhanced Raman Spectroscopy，TERS），可以同時提供表面形貌與拉曼光譜信息，并可達到亞納米級的空間分辨率，這使得科學家們可以在納米尺度甚至原子尺度來表征催化劑表面結構與性質之間的關系。

TERS裝置圖及原理。圖片來源：Nature Nanotech.

日前，廈門大學任斌教授團隊采用TERS技術成功地以3 nm的空間分辨率對Pd/Au(111)雙金屬催化劑表面進行成像，得到了該催化劑表面不同位點電子結構與催化活性之間的關系。相關成果已發表于Nature Nanotechnology雜志，共同第一作者是鐘錦輝博士和金曦。（Probing the electronic and catalytic properties of a bimetallic surface with 3 nm resolution. Nature Nanotech., 2016, DOI:10.1038/NNANO.2016.241）。

任斌教授。圖片來源：廈門大學

在TERS中，由Au或Ag組成的尖端由掃描探針裝置控制，以亞納米的精度在樣品表面進行掃描。當尖端金屬被激光激發而產生局部表面等離子共振效應時，在探針與樣品表面之間會產生強烈的電磁場，由此所得樣品的拉曼信號會被大幅增強。本工作中，研究人員采用電化學欠電位沉積法在Au(111)單晶表面沉積單原子的Pd層，再以異腈苯（phenyl isocyanide，PIC）為拉曼探針分子（異腈苯被催化氧化成異氰酸苯酯），通過TERS技術獲得不同位點處的電子性質與催化性質，從而來研究兩者間的內在聯系。

本研究TERS示意圖。圖片來源：Nature Nanotech.

研究人員通過控制Pd單層的覆蓋量，可以使Au(111)表面進行完全單層覆蓋（full monolayer coverage）與80%單層覆蓋（0.8 monolayer coverage），分別標記為Pd_ML/Au(111)和Pd_0.8ML/Au(111)，由掃描隧道顯微鏡（STM）圖像可以看出，Pd_0.8ML/Au(111)表面由連續性的Pd單層以及Au空穴組成。

Au(111)、Pd_ML/Au(111)以及Pd_0.8ML