Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Выполнение газовых реакций in situ с закрытыми ячейками в просвечиваемом электронном микроскопе

3.7K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/62174

⸱

24 июля 2021 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory, 2Protochips Inc., 3Department of Materials Science & Engineering, University of Michigan, 4Catalytic Carbon Transformation & Scale-up, National Renewable Energy Laboratory, 5Materials Science & Technology Division, Oak Ridge National Laboratory

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы представляем протокол для проведения экспериментов in situ с газовой реакцией с закрытыми ячейками ТЕА, подробно описывая несколько широко используемых методов подготовки образцов.

Аннотация

Газовые реакции, изученные с помощью электронной микроскопии in situ, могут быть использованы для захвата морфологических и микрохимических превращений материалов в реальном времени в масштабах до атомного уровня. Исследования in situ с закрытой газовой реакцией (CCGR), выполненные с использованием (сканирующей) просвечивающей электронной микроскопии (STEM), могут отделять и идентифицировать локализованные динамические реакции, которые чрезвычайно сложно захватить с использованием других методов характеризации. Для этих экспериментов мы использовали держатель CCGR, который использует нагревательные микрочипы на основе микроэлектромеханических систем (MEMS) (далее именуемые «E-чипы»). Экспериментальный протокол, описанный здесь, детализирует метод выполнения газовых реакций in situ в сухих и влажных газах в STEM с коррекцией аберрации. Этот метод находит актуальность во многих различных системах материалов, таких как катализ и высокотемпературное окисление конструкционных материалов при атмосферном давлении и в присутствии различных газов с водяным паром или без него. Здесь описано несколько методов пробоподготовки для различных форм-факторов материала. Во время реакции масс-спектры, полученные с помощью системы анализатора остаточного газа (RGA) с водяным паром и без него, дополнительно подтверждают условия воздействия газа во время реакций. Таким образом, интеграция RGA с системой CCGR-STEM in situ может обеспечить критическое понимание для корреляции состава газа с динамической эволюцией поверхности материалов во время реакций. Исследования in situ/operando с использованием этого подхода позволяют детально испускать фундаментальные механизмы реакций и кинетику, которые происходят при определенных условиях окружающей среды (время, температура, газ, давление), в режиме реального времени и при высоком пространственном разрешении.

Введение

Необходимо получить подробную информацию о том, как материал претерпевает структурные и химические изменения под воздействием химически активных газов и при повышенных температурах. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (STEM) in situ с закрытой ячейкой (CCGR) была разработана специально для изучения динамических изменений, происходящих в широком спектре материальных систем (например, катализаторов, конструкционных материалов, углеродных нанотрубок и т. д.) при воздействии повышенных температур, различных газовых сред и давлений от вакуума до полного атмосферного давления1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Этот подход может быть полезен в нескольких случаях, например, при ускоренной разработке катализаторов следующего поколения, которые важны для ряда промышленных процессов конверсии, таких как одноступенчатая конверсия этанола в n-бутены по Ag-ZrO2/SiO213,катализаторы реакции восстановления кислорода и реакции эволюции водорода в приложениях топливных элементов14,15,каталитическое гидрированиеCO2 16,дегидрирование метанола в формальдегид или дегидратация в диметиловый эфир, которые используют либо металлические катализаторы, либо многостенные углеродные нанотрубки в реакции превращения метанола в присутствии кислорода17. Недавние применения этого метода in situ для исследований катализа1,2,7,8,10,11,12,18,19,20,21,22 дали новое представление о динамических изменениях формы катализатора10,11,23,огранки7,росте и подвижности8,20,24. Кроме того, in situ CCGR-STEM может быть использован для исследования высокотемпературного окислительного поведения конструкционных материалов, которые подвергаются воздействию агрессивных сред, от газотурбинных двигателей до реакторов деления и синтеза следующего поколения, где важны не только прочность, ударная вязкость, свариваемость или излучение, но и высокотемпературная стойкость кокислению 25,26,27,28,29. Специфичные для конструкционных сплавов эксперименты in situ CCGR-STEM позволяют динамически отслеживать диффузионно-индуцированную миграцию граничного зерна в условиях редукции9 и измерения кинетики окисления при высокой температуре5,6,30. В течение нескольких десятилетий, предшествовавших недавнему развитию технологий CCGR, исследования реакций на газ in situ проводились с использованием специальных экологических ТЭМ (E-TEMs). Подробное сопоставление E-TEM и CCGR-STEM было рассмотреноранее 10; поэтому возможности Э-ТЕА в настоящей работе более подробно не обсуждаются.

В этой работе была использована коммерчески доступная система(Таблица материалов),включающая управляемый компьютером коллектор (система подачи газа) и специально разработанный держатель CCGR TEM, в которой используется пара устройств кремниевых микрочипов на основе микроэлектромеханика (MEMS) (например, спейсерный чип и нагреватель "E-chip"(Таблица материалов)). Каждый E-чип поддерживает аморфную, электронно-прозрачнуюмембрануSi x Ny. Спейсерный чип имеет мембрану SixNy толщиной 50 нм с областью обзора 300 x 300мкм2 и 5 мкм толщиной эпоксидных фоторезист (SU-8) «спейсерных» контактов, которые микрофабрикированы для обеспечения пути потока газа и поддержания физического смещения между двумя парными микрочипами(рисунок 1A). Часть E-чипа покрыта керамической мембраной с низкой проводимостью ~100 нм SiC; мембрана имеет массив 3 x 2 из вытровенных отверстий диаметром 8 мкм, перекрываемых аморфной мембраной SixN y толщиной~30 нм (sixNy области просмотра)(рисунок 1A и рисунок 2D),через который записываются изображения. E-чип выполняет двойную роль как в качестве поддержки образца, так и в качестве нагревателя6. Контакты Au микрофабрикуются на E-чипе, чтобы обеспечить резистивный нагрев мембраны SiC. Каждый электронный чип калибруется с использованием методов визуализации инфракрасного излучения (ИК)(Таблица материалов)2 и, как было показано, является точным с точностью до ±5%31. Калибровка температуры не зависит от состава и давления газа, что обеспечивает независимый контроль температур реакции при любых выбранных газовых условиях. Преимущество тонкопленочного нагревателя заключается в том, что температура до 1000 °C может быть достигнута в течение миллисекунд. Чтобы выполнить реакцию, E-чип помещается на верхнюю часть спейсерного чипа, создавая «сэндвич» с закрытой ячейкой, который изолирует среду вокруг образца от высокого вакуума колонны TEM. Преимущество этой установки заключается в том, что реакции могут быть выполнены от низкого давления до атмосферного давления (760 Торр) с одиночными или смешанными газами и в статических или проточных условиях. Устройства MEMS закреплены с помощью зажима(рисунок 1B),который позволяет вставлять держатель в зазор размером в мм от полюса объектива в прибор S/TEM с коррекцией аберрации(Таблица материалов)(Рисунок 1C). Современные держатели S/TEM на месте включают в себя интегрированные микрожидкие трубки (капилляры), которые соединены с внешней трубой из нержавеющей стали, которая, в свою очередь, соединена с системой подачи газа (коллектором). Электронная система управления обеспечивает контролируемую подачу и поток реагента через газовую ячейку. Расход и температура газа управляются пользовательским программным пакетом на основе рабочего процесса, предоставляемым производителем(Таблица материалов)10,32. Программное обеспечение управляет тремя линиями ввода газа, двумя внутренними экспериментально-газоотводными баками и приемным резервуаром для потока газа, возвращающегося из ячейки во времяэксперимента (рисунок 1D).

Из-за изменчивости материалов и их форм-фактора мы сначала сосредоточимся на нескольких методах осаждения образцов на E-чипе, а затем наметим протоколы для выполнения количественных экспериментов in situ/operando с контролируемой температурой, смешиванием газа и потоком.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Подготовка электронных чипов

  1. Прямое осаждение порошка путем капельного литья из коллоидного раствора(рис. 2А).
    1. Измельчить порошок, если агрегаты частиц порошка слишком велики. Сделайте это с помощью небольшой ступки и пестиков (измельченные заполнители должны быть размером <5 мкм). Смешайте небольшое количество (например, ~0,005 мг, количество, определяемое опытом) порошка в 2 мл растворителя (например, изопропанола или этанола).
    2. Обучайте смесь ультразвуком около 5 минут, чтобы создать коллоидную суспензию.
    3. Поместите E-чип на крепление E-chip. Бросьте примерно 1 мкл суспензии с помощью микропипетки 0,5-2,5 мкл непосредственно на E-чип.
    4. Очистите контакты Au, чтобы удалить подвеску с помощью абсорбирующей бумажной точки во время просмотра через стереомикроскоп.
  2. Прямое осаждение порошка через маску(рисунок 2B).
    1. Раздавите порошок (например, Pt/TiO2)насухо, если частицы порошка слишком велики (как в пункте 1.1.1).
    2. Поместите новый чистый E-чип на крепление E-chip(рисунок 3D). Используйте маску, которая представляет собой еще один E-чип со удаленной мембраной SixNy (разбив ее пинцетом или сжатым газом) и поместите ее непосредственно на E-чип внутри светильника.
    3. Используйте верхнюю пластину, чтобы зажать новый чистый электронный чип и маску вместе внутри светильника.
    4. Нанесите небольшое количество порошка с помощью шпателя непосредственно на мембрану нитрила кремния в маске.
    5. Осторожно вибрируйте светильник, чтобы встряхнуть частицы до Е-чипа. Это может быть сделано либо с помощью вакуумного пинцета, удерживая светильник в верхней части блока во время его работы, либо с помощью блока ультразвука и размещения светильника в сухом музере.
    6. Стряхните лишний порошок, разберите систему и осмотрите размещение сухого порошка на Е-чипе с помощью стереомикрома.
  3. Метод осаждения путем испарения электронным пучком, ионного или магнетронного распыления.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот метод используется для создания либо одноэлементной системы, либо модельных образцов сплава известной геометрии и состава.
    1. Создайте маску шаблона(рисунок 3).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Подготовьте маску шаблона заранее, так как это занимает некоторое время.
    2. Используйте проставку с удаленной мембраной SixNy. В этом эксперименте E-чип, обычно используемый в экспериментах с жидкими клетками, использовался после осторожного разрыва мембраны SixNy, что привело к открытию 50 x 250 мкм. Этот проставочные чипы с удаленной мембраной SixNy будут объединены с другим чипом, имеющим массив отверстий (например, нитрид кремния (SiN) Microporous TEM Window 33).
    3. Используйте цианоакрилатный (CA)клей (Таблица материалов) для прикрепленияsiN Microporous TEM Window лицевой стороной вниз (пленка с рисунком SiN вдали от проставочного чипа) к отверстию размером 50 x 250 мкм в соответствии с рекомендацией производителя(рисунок 3B,C).
    4. Повторите процедуру, чтобы подготовить столько масок шаблона, сколько необходимо, в зависимости от запланированных экспериментов.
    5. Поместите новый чистый E-чип на светильник E-chip(рисунок 3D).
    6. Поместите маску шаблона на E-чип(рисунок 3C,D).
    7. Накройте верхней пластиной и зажмите ее(рисунок 3D).
    8. Используйте методы испарения электронным пучком, ионного напыления или магнетронного напыления. Это рекомендуемые методы, используемые для распыления интересующего материала непосредственно через маску шаблона.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Может быть важно продуть систему осаждения для удаления остаточного кислорода перед осаждением для отложений материала более высокой чистоты33.
    9. Разберите систему и осмотрите E-чип с помощью стереомикроскопа, чтобы обеспечить хорошее сцепление нанесенного материала на мембране SixNy E-чипа.
  4. Фрезерование сфокусированного ионного пучка (FIB)(рисунок 2C).
    1. Подготовьте стандартную ламель TEM с помощью FIB. Используйте низкие кВ (например, 2-5 кВ) для конечной ступени фрезерования для устранения повреждений, вызванных фрезерованием FIB при высоких напряжениях (30-40 кВ).
    2. Поместите ламеллу TEM на электронный чип, используя стандартные процедуры FIB. Не повреждайте мембрану SixNy при прикреплении подготовленной FIB ламели TEM к E-чипу. Allard et al.34 и другие публикации30,35,36 для получения подробной информации о различных методах с использованием инструментов Xe-PFIB и Ga-FIB для приготовления ламелей.

2. Подготовка держателя атмосферы (CCGR-TEM)

  1. Загрузите нужный калибровочный файл.
  2. Измерьте сопротивление нагревателя SiC, чтобы убедиться, что оно находится в диапазоне сопротивления для этой конкретной калибровки E-чипа, как это предусмотрено производителем CCGR.
  3. Снимите зажим с держателя CCGR-TEM.
  4. Очистите наконечник держателя CCGR-TEM с помощью абсорбирующих бумажных точек и/или сжатого воздуха, убедившись, что на канавках уплотнителяющих колец не осталось мусора. Затем поместите специальное двойное уплотнение в наконечник.
  5. Поместите чип прокладки в держатель CCGR-TEM.
  6. Поместите E-чип, содержащий образец, который был подготовлен одним из способов, упомянутых в разделе 1, с контактами нагревателя вниз на чип проставки, делая надлежащее соединение с электрическими контактами гибкого кабеля внутри держателя.
  7. Расположите зажимную пластину держателя на верхней части E-чипа с помощью пинцетом, поместите винты в указанное место на кончике держателя CCGR-TEM, затем закрутите установленные винты с конечным крутящим моментом до 0,2 фунт-фут.
  8. Измерьте еще раз сопротивление нагревателя SiC после сборки держателя CCGR-TEM, чтобы убедиться, что он находится в диапазоне сопротивления для этой конкретной калибровки E-чипа, как это предусмотрено производителем CCGR.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь используется специальный адаптер, который подключается непосредственно к электрическим соединениям держателя. Это позволяет проводить измерения сопротивления с помощью держателя CCGR-TEM и сопряженных микрочипов в сборе при полной сборке в держатель.

3. Подготовка экспериментальной установки

  1. Выпекайте и откачивайте систему (коллектор, держатель, газовые баллоны и камеру RGA) в течение ночи, с держателем или без него, подключенным нажатием кнопки Bake в программном обеспечении для управления газом.
  2. Загрузите держатель в сканирующий просвечивающий электронный микроскоп и подключите газовую трубку от коллектора к держателю CCGR-TEM.
  3. Для эксперимента перекачивают и продувают систему инертным газом (например, Ar илиN2)дважды от 100 торр до 0,5 торра.
  4. Выполните конечную откачку и продувку от 100 Торр до 0,001 Торр. Это гарантирует, что вся система подачи газа, от газового коллектора до держателя, будет очищена и промыта инертным газом.
  5. Анализатор остаточного газа - Во время процедуры насоса и продувки включите систему RGA для нагрева нити накала.

4. Подготовка системы подачи водяного пара (VDS)

ПРИМЕЧАНИЕ: Эти инструкции предназначены для конкретных экспериментов, которые включают контролируемую доставку газа в виде пара (например, водяного пара). Контроль подачи газа осуществляется с помощью программного обеспечения для управления газом, предоставленного производителем(Таблица материалов).

  1. Прикрепите продувочный газ (например, N2)к VDS, поверните ручку рычага в положение Выхлопа,а затем поверните в положение парковки.
  2. Продувку VDS (повторите 4.1) путем протекания инертного газа три раза или до тех пор, пока не будет больше жидкости.
  3. Поверните ручку рычага в положение Park и прикрепите VDS к коллектору.
  4. Поверните ручку рычага в положение Fill и снимите газовую магистраль продувки.
  5. Установите давление пара на 18,7 Torr в программном обеспечении для управления газом.
  6. В программном обеспечении накачайте VDS в вакуум (0,1 Torr), выбрав входную линию и нажав кнопку насоса.
  7. Наполните VDS водой (2 мл) через шприц и трубку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если требуется пар более высокой чистоты, могут потребоваться дополнительные этапы продувки.

5. Запуск реакции

  1. Убедитесь, что все газы, которые будут использоваться в экспериментах (например, N2,водяной пар и O2),подключены к коллектору.
  2. С помощью программного обеспечения для управления газом в разделе Именованиезадайте имя (имена) для газа (газов), необходимых для реакции, и сохраните необработанный файл «.csv» таким образом, чтобы для эксперимента был создан файл журнала.
  3. В разделе Настройка электронного чипавыберите соответствующий калибровочный файл (т.е. как описано в 2.5) для используемого E-чипа и Запустите калибровку. Как упоминалось ранее в разделе «Введение», каждый E-чип калибруется по температуре с использованием инфракрасного излучения (ИК) от производителя.
  4. В разделе Насос и продувкасм. Подготовка экспериментальной установки.
  5. В разделе «Контроль газа»выберите желаемое название газа и его состав (например, выберите процент для каждого газа) для эксперимента.
  6. В разделе Температуравыберите желаемую скорость нагрева и целевую температуру для температуры, интересуемой для эксперимента, и нажмите кнопку Пуск.
  7. Начните поток газа, нажав кнопку Пуск в разделе Контроль газа.

6. Окончание эксперимента

  1. Как только реакция будет завершена, прекратите поток газа, выключите температурную ручку и завершите сеанс с помощью процедуры Pump and Purge (например, в зависимости от реакции, которая была выполнена, выполните процедуру Pump and Purge от 100 Torr до 0,1 Torr 2-3 раза).
  2. Перед извлечением держателя IN SITU CCGR-TEM из электронного микроскопа убедитесь, что давление держателя возвращается к атмосферным давлениям.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Образцы для газовых реакций с закрытыми ячейками на основе MEMS:
Прямое осаждение порошка капельным литьем из коллоидного раствора и через маску
В зависимости от изучаемого материала существует ряд различных способов подготовки электронных чипов для экспериментов in situ/operando CCGR-STEM. Подготовка газовой ячейки к исследованиям катализа обычно требует диспергирования наночастиц катализатора на Е-чип либо из коллоидной жидкой суспензии(фиг.2А),

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В настоящей работе продемонстрирован подход к выполнению STEM-реакций in situ с водяным паром и без него. Критическим этапом протокола является подготовка электронного чипа и поддержание его целостности во время процедуры загрузки. Ограничением метода является (а) размер образца и его геометрия, чтобы соответствовать номинальному 5-мкм зазору между парными (MEMS) кремниевыми микрочиповыми устройствами, а также (б) общее давление, используемое в экспериментах с водяным паром, поскольку наибольшее общее давление з...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Эта рукопись была написана UT-Battelle, LLC в соответствии с контрактом No. DE-AC05-00OR22725 с Министерством энергетики США. Правительство Соединенных Штатов сохраняет за собой, и издатель, принимая статью к публикации, признает, что правительство Соединенных Штатов сохраняет за собой неисключительную, оплаченную, безотзывную, всемирную лицензию на публикацию или воспроизведение опубликованной формы этой рукописи или позволяет другим делать это для целей правительства Соединенных Штатов. Министерство энергетики обеспечит публичный доступ к этим результатам исследований, спонсируемых федеральным правительством, в соответствии с Планом общественного доступа Министерства энергетики США (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan).

Благодарности

Это исследование было в основном спонсировано Программой лабораторных исследований и разработок Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), управляемой UT-Battelle LLC, для Министерства энергетики США (DOE). Часть разработки по внедрению водяного пара в газовую ячейку in situ была спонсирована Американским агентством ПО энергетике, Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, Управлением биоэнергетических технологий, по контракту DE-AC05-00OR22725 (ORNL) с UT-Battle, LLC и в сотрудничестве с консорциумом химического катализа для биоэнергетики (ChemCatBio), членом Сети энергетических материалов (EMN). Эта работа была частично написана Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, управляемой Alliance for Sustainable Energy, LLC, для DoE США по контракту No. DE-AC36-08GO28308. Часть микроскопии была проведена в Центре наук о нанофазных материалах (CNMS), который является Пользовательским центром Управления науки Министерства науки США. Ранняя разработка возможностей STEM in situ была спонсирована Программой двигательных материалов Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.  Мы благодарим д-ра Джона Дамиано, Protochips Inc., за полезные технические обсуждения. Авторы благодарят Розмари Уокер и Кейс Клэпп, производственную команду ORNL, за поддержку в производстве фильмов. Мнения, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Министерства по делам или правительства США. Правительство США сохраняет за собой, а издатель, принимая статью к публикации, признает, что правительство США сохраняет за собой неисключительную, оплаченную, безотзывную, всемирную лицензию на публикацию или воспроизведение опубликованной формы этой работы или разрешение другим лицам делать это для целей правительства США.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Атмосфера Прозрачность ПрограммноеПроточипы6.5.14
Атмосфера Большой Нагревательные Е-чипы, окно 300 x 300, без проставкиПроточипыEAT-33AA-10микрочип
Атмосфера Малые Е-чипы, окно 300 x 300 микрон, 5 микрон SU-8 ПроточипEAB-33W-10микрочип Микрочип
JEOL 2200FSМикроскоп
JEOLM-bond 610Электронная микроскопия наук50410-30цианоакрилатный (CA) клей
Mikron M9103 ИК камераMicronЭто используется Protochips/ нет доступных
Protochips " Фьюжн» E-chipsProtochipsСпейсерный чип с удаленным SixNy мембрана
Protochips Atmosphere 200Protochipsпрототиппрограммного обеспечения
Анализатор остаточных газов R100 (RGA)Stanford Research SystemsR100 SRS

Ссылки

  1. Allard, L. F., et al. A new MEMS-based system for ultra-high-resolution imaging at elevated temperatures. Microscopy Research and Technique. 72 (3), 208-215 (2009).
  2. Allard, L. F., et al. Novel MEMS-based gas-cell/heating specimen holder provides advanced imaging capabilities for in situ reaction studies. Microscopy and Microanalysis. 18 (4), 656-666 (2012).
  3. Allard, L. F., et al. Innovative closed-cell reactor permits in situ heating and gas reactions with atomic resolution at atmospheric pressure. Microscopy and Microanalysis. 18 (2), 1118-1119 (2012).
  4. Allard, L. F., et al. Controlled in situ gas reaction studies of catalysts at high temperature and pressure with atomic resolution. Microscopy and Microanalysis. 20 (3), 1572-1573 (2014).
  5. Allard, L. F., et al. computer-controlled in situ gas reactions via a mems-based closed-cell system. Microscopy and Microanalysis. 21 (3), 97-98 (2015).
  6. Unocic, K. A., Shin, D., Unocic, R. R., Allard, L. F. NiAl oxidation reaction processes studied in situ using MEMS-based closed-cell gas reaction transmission electron microscopy. Oxidation of Metals. 88 (3-4), 495-508 (2017).
  7. Dai, S., et al. Revealing surface elemental composition and dynamic processes involved in facet-dependent oxidation of Pt3Co nanoparticles via in situ transmission electron microscopy. Nano Letters. 17 (8), 4683-4688 (2017).
  8. Dai, S., Zhang, S., Katz, M. B., Graham, G. W., Pan, X. In Situ observation of Rh-CaTiO3 catalysts during reduction and oxidation treatments by transmission electron microscopy. ACS Catalysis. 7 (3), 1579-1582 (2017).
  9. Burke, M. G., Bertali, G., Prestat, E., Scenini, F., Haigh, S. J. The application of in situ analytical transmission electron microscopy to the study of preferential intergranular oxidation in Alloy 600. Ultramicroscopy. 176, 46(2017).
  10. Unocic, K. A., et al. Introducing and controlling water vapor in closed-cell in situ electron microscopy gas reactions. Microscopy and Microanalysis. 26 (2), 229-239 (2020).
  11. Vendelbo, S. B., et al. Visualization of oscillatory behaviour of Pt nanoparticles catalysing CO oxidation. Nature Materials. 13 (9), 884-890 (2014).
  12. Moliner, M., et al. Reversible transformation of Pt nanoparticles into single atoms inside high-silica chabazite zeolite. Journal of the American Chemical Society. 138 (48), 15743-15750 (2016).
  13. Dagle, V., et al. Single-step conversion of ethanol to n-butenes over Ag-ZrO2/SiO2 catalysts. ACS Catalyst. 10 (18), 10602-10613 (2020).
  14. Chi, M., et al. Surface faceting and elemental diffusion behaviour at atomic scale for alloy nanoparticles during in situ annealing. Nature Communications. 6 (1), 1-9 (2015).
  15. Zhao, X., et al. Single-iron site catalysts with self-assembled dual-size architecture and hierarchical porosity for proton-exchange membrane fuel cells. Applied Catalysis B: Environmental. 279, 119400(2020).
  16. Baddour, F. G., et al. An Exceptionally mild and scalable solution-phase synthesis of molybdenum carbide nanoparticles for thermocatalytic CO2 hydrogenation. Journal of the American Chemical Society. 142 (2), 1010-1019 (2019).
  17. Yan, P., et al. Methanol oxidative dehydrogenation and dehydration on carbon nanotubes: active sites and basic reaction kinetics. Sustainable Energy Fuels. 10, 4952-4959 (2020).
  18. Unocic, R. R., Jungjohann, K., Mehdi, B. L., Browning, N. D., Wang, C. In situ electrochemical scanning/transmission electron microscopy of electrode-electrolyte interfaces. MRS Bulletin. 45, 1-8 (2020).
  19. LaGrow, A. P., Lloyd, D. C., Gai, P. L., Boyes, E. D. In situ scanning transmission electron microscopy of Ni nanoparticle redispersion via the reduction of hollow NiO. Chemistry of Materials. 30 (1), 197-203 (2017).
  20. Liu, L., Zakharov, D. N., Arenal, R., Concepcion, P., Stach, E. A., Corma, A. Evolution and stabilization of subnanometric metal species in confined space by in situ TEM. Nature Communications. 9 (1), 574(2018).
  21. Wu, Y. A., et al. Visualizing redox dynamics of a single Ag/AgCl heterogeneous nanocatalyst at atomic resolution. ACS Nano. 10 (3), 3738-3746 (2016).
  22. Li, Y., et al. Complex structural dynamics of nanocatalysts revealed in operando conditions by correlated imaging and spectroscopy probes. Nature Communications. 6 (1), 7583(2015).
  23. Hansen, P. L., et al. Atom-resolved imaging of dynamic shape changes in supported copper nanocrystals. Science. 295 (5562), 2053-2055 (2002).
  24. Creemer, J. F., et al. Atomic-scale electron microscopy at ambient pressure. Progress in Materials Science. 108, 993-998 (2008).
  25. Was, G. S., Petti, D., Ukai, S., Zinkle, S. Materials for future nuclear energy systems. Journal of Nuclear Materials. 527, 151837(2019).
  26. Unocic, K. A., Yamamoto, Y., Pint, B. A. Effect of Al and Cr content on air and steam oxidation of FeCrAl alloys and commercial APMT alloy. Oxidation of Metals. 87 (3-4), 431-441 (2017).
  27. Zinkle, S. J., et al. Fusion materials science and technology research opportunities now and during the ITER era. Fusion Engineering and Design. 89 (7-8), 1579-1585 (2014).
  28. Quadakkers, W. J., Olszewski, T., Piron-Abellan, J., Shemet, V., Singheiser, L. Oxidation of metallic materials in simulated CO2/H2O-rich service environments relevant to an oxyfuel plant. Materials Science Forum. 696, 194-199 (2011).
  29. Gleeson, B. Thermal barrier coatings for aeroengine applications. Journal of Propulsion and Power. 22 (2), 375-383 (2006).
  30. Unocic, K. A., Allard, L. F., Coffey, D. W., More, K. L., Unocic, R. R. Novel method for precision controlled heating of TEM thin sections to study reaction processes. Microscopy and Microanalysis. 20, 1628-1629 (2014).
  31. Idrobo, J. C., et al. Temperature measurement by a nanoscale electron probe using energy gain and loss spectroscopy. Physical Review Letters. 120 (9), 095901(2018).
  32. Unocic, K. A., Datye, A. K., Bigelow, W. C., Allard, L. F. Water vapor in closed-cell in situ gas reactions: Initial experiments. Microscopy and Microanalysis. 23 (1), 940-941 (2017).
  33. Allard, L. F., Meyer, H. M., Hensley, D. K., Bigelow, W. C., Unocic, K. A. Model "alloy" specimens for MEMS-based closed-cell gas-reactions. Microscopy and Microanalysis. 23 (1), 908-909 (2017).
  34. Allard, L. F., et al. The utility of Xe-plasma FIB for preparing aluminum alloy specimens for MEMS-based in situ double-tilt heating experiments. Microscopy and Microanalysis. 25 (2), 1442-1443 (2019).
  35. Schilling, S., Janssen, A., Zaluzec, N. J., Burke, M. G. Practical aspects of electrochemical corrosion measurements during in situ analytical transmission electron microscopy (TEM) of austenitic stainless steel in aqueous media. Microscopy and Microanalysis. 23 (4), 741-750 (2017).
  36. Zhong, X. L., Schilling, S., Zaluzec, N. J., Burke, M. G. Sample preparation methodologies for in situ liquid and gaseous cell analytical transmission electron microscopy of electropolished specimens. Microscopy and Microanalysis. 22 (6), 1350-1359 (2016).
  37. Duchamp, M., Xu, Q., Dunin-Borkowski, R. E. Convenient preparation of high-quality specimens for annealing experiments in the transmission electron microscope. Microscopy and Microanalysis. 20 (6), 1638-1645 (2014).
  38. Unocic, K. A., Mills, M. J., Daehn, G. S. Effect of gallium focused ion beam milling on preparation of aluminum thin foils. Journal of Microscopy. 240 (3), 227-238 (2010).
  39. Unocic, R. R., et al. Probing battery chemistry with liquid cell electron energy loss spectroscopy. Chemical Communications. 51 (91), 16377-16380 (2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

in situMEMS
Выполнение газовых реакций in situ с закрытыми ячейками в просвечиваемом электронном микроскопе
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.