新的成像技术致力于纳米粒子的电催化

现在，Nongjian(NJ)Tao--亚利桑那州立大学生物设计研究所的研究员-发现了一种巧妙的方法来测量单个纳米粒子和阵列中印刷的多个粒子的催化反应，这将有助于表征和改进现有的纳米粒子催化剂，并推进寻找新的。

在实验室中合成的大多数催化材料包含具有不同尺寸和形状的颗粒，每种颗粒具有不同的电催化活性，但是常规方法测量许多纳米颗粒的平均性质，其涂抹了单个纳米颗粒的性质。

“测量单个纳米颗粒催化反应的能力允许确定催化反应的效率与纳米颗粒的尺寸，形状和组成之间的关系。”陶解释道。“这种成像能力也使纳米粒子催化反应阵列成像成为可能，纳米粒子催化反应可用于快速筛选不同的纳米粒子，”他补充说。

在目前的研究中，通过称为等离子体电化学成像的新技术研究了作为电化学催化剂的铂纳米颗粒。该方法将光学检测的空间分辨率与电化学识别的高灵敏度和选择性相结合。

研究结果发表在本周的NatureNanotechnology期刊的高级在线版上。

扫描电化学显微镜(SECM)已经用于通过使用微电极机械扫描样品表面来成像电化学反应。然而，在该过程中，成像速度受到限制，并且微电极本身的存在可能撞击样品并改变结果。

该新方法依赖于基于表面等离子体共振现象光学地成像电化学反应。表面等离子体是金属电极中自由电子的振荡，可以用光产生和检测。每个电化学反应都伴随着反应物和电极之间的电子交换，并且包括SECM在内的传统电化学方法检测电子。

“我们的方法是在不直接检测电子的情况下测量电化学反应。”陶说。“诀窍是检测反应物转化为与电子交换相关的反应产物。”电极附近的这种转换影响等离子体激元，引起光反射率的变化，该技术转换成光学图像。

使用等离子体电化学电流成像，Tao的研究小组检测了在金薄膜电极上的微阵列中印刷的铂纳米颗粒的电催化活性，首次证明了高通量筛选纳米颗粒催化活性的可行性。

此外，新研究表明，相同的方法可用于研究单个纳米粒子。当电势施加到电极并循环通过一系列值时，纳米颗粒清楚地显示为阵列上的斑点。这种效应可以在随附的视频中看到，随着潜在的变化，纳米粒子斑点随着时间的推移而“发展”，就像宝丽来照片逐渐出现一样。

还制备了具有不同表面密度的纳米颗粒的微阵列用于该研究。结果表明，给定电位下的电催化电流与纳米粒子密度成比例增加。此外，当使用SPR显微镜，原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)表征单个纳米颗粒时，结果之间显示出良好的一致性，进一步验证了新技术。

Tao指出，原则上，等离子体电化学成像-一种提供光学和电化学检测的综合优势的快速和非侵入性技术-可以应用于目前使用常规电化学检测方法的其他现象。

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