Operando EC-STM揭示了電化學控制下的原子尺度表面動力學，了解電極表面如何在電化學控制下演變對于在電化學界面建立結構-功能關系至關重要。電化學掃描隧道顯微鏡（EC-STM）使這成為可能，使原子尺度的可視化電極表面操作-直接相關的結構變化與施加的電位在真實的時間。
在這里，我們使用成熟的Au（111）/H2SO 4模型系統演示了我們的操作EC-STM平臺的功能。該基準突出了EC-STM如何提供動態表面重構的空間和時間分辨信息，這些信息僅通過常規電化學測量是無法獲得的。
Au（111）/H2SO 4體系是表面科學中表征的電化學界面之一，使其成為新平臺的理想基準。我們的研究集中在電化學雙電層區域，下面的金氧化的發病，循環伏安法（CV）顯示與表面重建和硫酸鹽吸附的提升相關的特征。通過將電化學控制與高分辨率STM成像相結合，我們將這些伏安特征直接連接到真實空間的表面變換。
在浸沒后的陰極電位（-0.3 V/Pt）下，EC-STM圖像顯示出由單原子臺階分隔開的大的、有序的臺階——這是重建的Au（111）表面的特征。隨著電極電位在陽極方向上步進，出現明顯的形態變化：島的形成和不斷發展的臺階邊緣出現在對應的循環伏安圖中的功能。
在Au（111）電極上在0.1 M H2SO 4中以不同電位記錄的EC-STM圖像（300 x 300 nm）的示例
第一個伏安峰（~ 0.25V/Pt）與稀疏的金島的出現相關，標志著重建提升的開始。第二個峰（-0.15 V/Pt）伴隨著越來越多地覆蓋階地的小的單原子島的進一步生長。在更高的陽極電位（-0.05V/Pt）下，觀察到更少但明顯更大的島。
這些觀察結果與人們熟知的重構提升機制一致：重構的Au（111）表面比未重構的表面具有更高的原子表面密度。當重建被解除時，多余的金原子被轉移到表面并重新組裝成島嶼。Au（111）表面在H2SO4中的伏安圖，顯示出歸因于表面重構提升的峰動力學在恒定電位下的時間分辨成像顯示，在電化學電流恢復到接近零之后，表面動力學持續很長時間。在從-0.2 V/Pt到-0.15 V/Pt的電位階躍之后，連續的EC-STM圖像顯示在僅從電流測量看起來穩定的條件下，在幾分鐘的過程中島成核、生長和溶解。這直接說明了傳統電化學的一個關鍵限制：電流測量在整個電極上進行空間平均，并且不攜帶關于局部、正在進行的結構重排的信息。EC-STM使這些隱藏的動態變得可見。
連續的EC-STM圖像（150 x 150 nm）說明了通過步進樣品電勢開始后表面重構的動態性質
綜合來看，這些結果說明了operando EC-STM作為表征工具的兩個核心優勢：
直接的結構-電化學相關性：伏安特征可以明確地分配給特定的表面轉化，而不是從間接信號推斷。
訪問隱藏的動態：電化學沉默的表面過程（對電流或電荷測量不可見）在真實的空間和真實的時間中是可直接觀察的。
平臺功能除了這一基準系統，EC-STM平臺還被應用于電催化、能量轉換和功能電極材料等領域，在這些領域，了解真實條件下的動態表面行為至關重要。該平臺圍繞可定制的液體池設計而構建，可保持與恒電位儀和STM控制器的標準接口，同時適應各種樣品幾何形狀、材料和電解質條件。
在電位控制下進行填充和成像，從與電解質接觸的第一時刻起保持表面狀態密封的惰性傳送梭，可將樣品直接從手套箱無空氣傳送到EC-STM
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