Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Udførelse in situ lukket celle gasreaktioner i transmissionselektronmikroskopet

Published: July 24, 2021 doi: 10.3791/62174
Automatic Translation
1, 1, 2, 3, 4, 4, 1, 5
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

Summary

Her præsenterer vi en protokol for udførelse af in situ TEM lukkede celler gasreaktion eksperimenter, mens beskriver flere almindeligt anvendte prøve forberedelse metoder.

Abstract

Gasreaktioner undersøgt af in situ elektronmikroskopi kan bruges til at fange de realtidsmorfologiske og mikrokemiske transformationer af materialer i længden skalerer ned til atomniveauet. In situ-undersøgelser af lukkede cellers gasreaktion (CCGR), der udføres ved hjælp af (scanning) transmissionselektronmikroskopi (STEM), kan adskille og identificere lokaliserede dynamiske reaktioner, som er ekstremt udfordrende at fange ved hjælp af andre karakteriseringsteknikker. Til disse eksperimenter brugte vi en CCGR-holder, der bruger mikroelektronik-baserede varmemikrochips (i det følgende benævnt "E-chips"). Den her beskrevne forsøgsprotokol beskriver metoden til udførelse af in situ-gasreaktioner i tørre og våde gasser i et aberrationskorrigeret STEM. Denne metode finder relevans i mange forskellige materialesystemer, såsom katalyse og højtemperaturoxidation af strukturelle materialer ved atmosfærisk tryk og i nærværelse af forskellige gasser med eller uden vanddamp. Her beskrives flere prøveforberedelsesmetoder for forskellige materialeformfaktorer. Under reaktionen validerer massespektre opnået med et resterende gasanalysatorsystem (RGA) med og uden vanddamp yderligere gaseksponeringsbetingelser under reaktioner. Integration af en RGA med et in situ CCGR-STEM-system kan derfor give kritisk indsigt i korrelere gassammensætningen med den dynamiske overfladeudvikling af materialer under reaktioner. In situ/operando-undersøgelser ved hjælp af denne tilgang giver mulighed for detaljeret undersøgelse af de grundlæggende reaktionsmekanismer og kinetik, der opstår under specifikke miljøforhold (tid, temperatur, gas, tryk), i realtid og ved høj rumlig opløsning.

Introduction

Der er behov for at indhente detaljerede oplysninger om, hvordan et materiale undergår strukturelle og kemiske ændringer under reaktiv gaseksponering og ved forhøjede temperaturer. In situ closed-cell gas reaction (CCGR) scanning transmission electron mikroskopi (STEM) blev udviklet specielt til at studere de dynamiske ændringer, der forekommer i en bred vifte af materialesystemer (f.eks. katalysatorer, strukturelle materialer, kulstof nanorør, osv.), når de udsættes for forhøjede temperaturer, forskellige gasformige miljøer, og tryk fra vakuum til fuld atmosfærisk tryk1,2 ,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Denne tilgang kan være gavnlig i flere tilfælde, f.eks. i den accelererede udvikling af næste generations katalysatorer, der er vigtige for en række industrielle omstillingsprocesser, såsom entrinskonvertering af ethanol til n-butene over Ag-ZrO2/SiO213, katalysatorer for iltreduktionsreaktionen og hydrogenudviklingsreaktionen i brændselscelleanvendelser14,15, katalytisk CO2-hydrogenering 16, methanoldehydrogenation til formaldehyd eller dehydrering til dimethylether , der bruger enten metalkatalysatorer eller flervæggede carbon nanorør i en methanolreaktionskonvertering i overværelse af ilt17. Nylige anvendelser af denne in situ-teknik til katalyseforskning1,2,7,8,10,11,12,18,19,20,21,22 har givet ny indsigt i katalysatordynamiske formændringer10,11,23, facetter7, vækst og mobilitet8,20,24. Desuden kan in situ CCGR-STEM bruges til at undersøge højtemperaturoxidationsadfærden af strukturelle materialer, der udsættes for aggressive miljøer, fra gasturbinemotorer til næste generations fissions- og fusionsreaktorer, hvor ikke kun styrke, brudsejhed, svejsbarhed eller stråling er vigtige, men også højtemperaturoxidationsresistens25,26,27,28,29. Specifikke for strukturelle legeringer, in situ CCGR-STEM-forsøg giver mulighed for dynamisk sporing af diffusionsinduceret korngrænsemigration under reducerende forhold9 og målinger af oxidationskinetik ved høj temperatur5,6,30. I flere årtier forud for den nylige udvikling af CCGR-teknologier blev in situ-gasreaktionsundersøgelser udført ved hjælp af dedikerede miljømæssige TEM'er (E-TEMs). En detaljeret sammenligning af E-TEM og CCGR-STEM er tidligere blevet behandlet10; E-TEM-kapaciteter drøftes derfor ikke yderligere i det nuværende arbejde.

I dette arbejde blev der anvendt et kommercielt tilgængeligt system(Tabel over materialer),der omfatter en computerstyret mangfoldighed (gasleveringssystem) og en specialdesignet CCGR TEM-holder, der anvender et par mikroelektronik-baserede siliciummikrochipanordninger (f.eks. afstandschip og "E-chip" varmelegeme (Tabel over materialer)). Hver E-chip understøtter en amorf, elektron-gennemsigtig SixNy membran. Afstandschippen har en 50 nm tyk SixNy membran med en 300 x 300 μm2 visningsområde og 5 μm tyk epoxybaseret fotoresist (SU-8) "afstandskontakter", der er mikrofabricated for at give en gasstrømsvej og opretholde en fysisk forskydning mellem de to parrede mikrochips (Figur 1A). En del af E-chippen er dækket af en lav ledningsevne ~100 nm SiC keramisk membran; membranen har en 3 x 2 matrix af 8 μm-diameter ætsede huller overlappet af en ~ 30 nm tyk amorf SixNy membran (SixNy visningsområde)(Figur 1A og Figur 2D), hvorigennem billeder optages. E-chippen har en dobbelt rolle som både prøvestøtte og varmelegeme6. Au kontakter er mikrofabricated på E-chip for at give mulighed for resistiv opvarmning af SiC membranen. Hver E-chip er kalibreret ved hjælp af infrarød stråling (IR) billeddannelse metoder(Tabel over materialer)2 og har vist sig at være nøjagtig inden for ±5%31. Temperaturkalibrering er uafhængig af gassammensætningen og trykket, hvilket giver uafhængig kontrol over reaktionstemperaturer under alle valgte gasforhold. Fordelen ved en tyndfilmsvarmer er, at temperaturer på op til 1.000 °C kan nås inden for millisekunder. For at udføre reaktionen placeres E-chippen på toppen af afstandschippen, hvilket skaber den lukkede celle "sandwich", der isolerer miljøet omkring prøven fra TEM-kolonnens høje vakuum. Fordelen ved dette setup er, at reaktioner kan udføres fra lavtryk op til atmosfærisk tryk (760 Torr) med enkelt eller blandet gas og under statiske eller flow betingelser. MEMS-enhederne er fastgjort med en klemme (Figur 1B), der gør det muligt at indsætte holderen i mm-størrelse hul af den objektive linse pole brik i en afvigelse-korrigeret S / TEM instrument(Tabel over materialer) ( Figur1C). Moderne in situ S/TEM-holdere omfatter integrerede mikrovæskerør (kapillærer), der er forbundet med den eksterne rør i rustfrit stål, som igen er forbundet til gasleveringssystemet (manifold). Et elektronisk kontrolsystem tillader kontrolleret levering og strøm af reaktangas gennem gascellen. Gasstrømmen og temperaturen drives af en brugerdefineret softwarepakke, der leveres af producenten (Tabel over materialer)10,32. Softwaren styrer tre gastilførselslinjer, to interne eksperimentelle gasleveringstanke og en modtagetank til gasstrøm, der vender tilbage fra cellen under eksperimentet (Figur 1D).

På grund af materialernes variation og deres formfaktor fokuserer vi først på flere prøveaflejringsmetoder på E-chippen og skitserer derefter protokoller til udførelse af kvantitative in situ/ operando-eksperimenter med kontrolleret temperatur, gasblanding og flow.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. E-chip forberedelse

  1. Direkte pulveraflejring ved dråbestøbning fra en kolloid opløsning (Figur 2A).
    1. Knus pulveret, hvis pulverpartikelaggregaterne er for store. Gør dette ved hjælp af en lille mørtel og støder (knuste aggregater skal være <5 μm i størrelse). Der blandes en lille mængde (f.eks. ~0,005 mg, mængde bestemt af erfaring) af pulver i 2 mL opløsningsmiddel (f.eks. isopropanol eller ethanol).
    2. Sonicate blandingen i ca 5 min for at skabe en kolloid suspension.
    3. Placer E-chippen på E-chippens fastholdelsesarm. Dråbestøbt ca. 1 μL af affjedringen med en mikropipette på 0,5-2,5 μL direkte på E-chippen.
    4. Rengør Au-kontakterne for at fjerne affjedringen med et absorberende papirpunkt, mens du ser gennem et stereomikroskop.
  2. Direkte pulveraflejring gennem en maske (Figur 2B).
    1. Pulveret (f.eks. Pt/TiO2)knuses, hvis pulverpartiklerne er for store (som i 1.1.1).
    2. Placer en ny ren E-chip på E-chip fastholde armatur(Figur 3D). Brug en maske, som er en anden E-chip med SixNy membranen fjernet (ved at bryde den med pincet eller komprimeret gas) og læg den direkte på E-chippen i armaturet.
    3. Brug toppladen til at klemme en ny ren E-chip og en maske sammen i armaturet.
    4. Aflejr en lille mængde af pulveret ved hjælp af en spatel direkte på siliciumnitrilmembranen i masken.
    5. Vibrer forsigtigt armaturet for at ryste partiklerne ned til E-chippen. Dette kan enten gøres ved hjælp af en vakuumklæderenhed ved at holde armaturet øverst på enheden, mens den kører, eller ved hjælp af en sonikeringsenhed og placere armaturet i et tørt bægerglas.
    6. Ryst det overskydende pulver af, demontere systemet og inspicere placeringen af tørt pulver på E-chippen ved hjælp af et stereomikroskop.
  3. Aflejringsmetode ved enten elektronstrålefordampning, ion eller magnetronsplet.
    BEMÆRK: Denne metode bruges til at skabe enten et enkeltelementsystem eller modellegeringsprøver af kendt geometri og sammensætning.
    1. Oprette en mønstermaske (Figur 3).
      BEMÆRK: Forbered mønstermasken på forhånd, da det tager lidt tid.
    2. Brug en afstandschip med fjernet SixNy membran. I dette eksperiment blev der anvendt en E-chip, der almindeligvis anvendes i væskecelleforsøg, efter forsigtigt at have brudt SixNy-membranen ud, hvilket resulterede i en åbning på 50 x 250 μm. Denne afstandschip med fjernet SixNy membran vil blive kombineret med en anden chip, der har en række huller (f.eks siliciumnitrid (SiN) Microporous TEM Window 33).
    3. Brug cyanoacrylat (CA) lim(Table of Materials) til at fastgøre SiN Microporous TEM Window med forsiden nedad (SiN-mønsterfilm væk fra afstandschippen) over åbningen på 50 x 250 μm efter fabrikantens anbefaling(Figur 3B, C).
    4. Gentag proceduren for at forberede så mange mønstermasker, der er nødvendige, afhængigt af de planlagte eksperimenter.
    5. Placer en ny ren E-chip på E-chip armaturet (Figur 3D).
    6. Placer mønstermasken på E-chippen (Figur 3C, D).
    7. Dæk med toppladen og klemme den(Figur 3D).
    8. Brug enten elektronstråle fordampning, ion sputtering eller magnetron sputtering deposition teknikker. Dette er de anbefalede metoder, der bruges til at sputter materiale af interesse direkte gennem mønstermasken.
      BEMÆRK: Det kan være vigtigt at rense depositionssystemet for at fjerne rest ilt før aflejringen for materialeaflejringer med højere renhed33.
    9. Demontere systemet og inspicere E-chippen med et stereomikroskop for at sikre god overholdelse af det deponerede materiale på E-chippens SixNy membran.
  4. Koncentreret ionstråle (FIB) fræsning(figur 2C).
    1. Forbered en standard TEM lamella ved hjælp af FIB. Brug lav kV (f.eks. 2-5 kV) til det sidste fræsetrin for at fjerne skader forårsaget af FIB-fræsning ved højspændinger (30-40 kV).
    2. Placer TEM lamella på E-chippen ved hjælp af standard FIB-procedurer. SixNy-membranen må ikke beskadiges, når den FIB-forberedte TEM lamella fastgøres til E-chippen. Se Allard et al.34 og andre publikationer30,35,36 for nærmere oplysninger om de mange forskellige metoder, der anvender Xe-PFIB- og Ga-FIB-instrumenter til lamellaforberedelse.

2. Indehaver af atmosfærens forberedelse (CCGR-TEM)

  1. Hent den ønskede kalibreringsfil.
  2. Mål sic-varmeapparatets modstand for at sikre, at det ligger inden for modstandsområdet for den pågældende E-chip-kalibrering som leveret af CCGR-producenten.
  3. Fjern klemmen fra CCGR-TEM holderen.
  4. Rengør spidsen af CCGR-TEM holderen ved hjælp af absorberende papirpunkter og/eller trykluft, og sørg for, at der ikke er snavs tilbage på O-ringrillerne. Placer derefter den specielle dobbeltpakningsforsegling i spidsen.
  5. Placer afstandschippen i CCGR-TEM-holderen.
  6. Placer den E-chip, der indeholder prøven, og som er fremstillet ved hjælp af en af de metoder, der er nævnt i punkt 1, med varmeapparatet i kontakt med afstandschippen, så der er en korrekt forbindelse til flexkablets elektriske kontakter i holderen.
  7. Placer holderens klemmeplade på toppen af E-chippen ved hjælp af pincet, placer skruerne på det angivne sted på spidsen af CCGR-TEM-holderen, og drejningsmoment sætskruerne med et sidste drejningsmoment til 0,2 lb-ft.
  8. Mål igen sic-varmeapparatets modstand efter montering af CCGR-TEM-holderen for at sikre, at den ligger inden for modstandsområdet for den pågældende E-chipkalibrering som leveret af CCGR-producenten.
    BEMÆRK: Her anvendes en speciel adapter, som tilsluttes direkte til holderens elektriske forbindelser. Dette gør det muligt at foretage modstandsmålinger gennem CCGR-TEM-holderen og parret mikrochipanordninger, mens de er fuldt samlet i holderen.

3. Forberedelse af forsøgsopsætningen

  1. Bag og pump systemet ned (manifold, holder, gastanke og RGA-kammer) natten over, enten med eller uden holderen tilsluttet ved at trykke på Bake-knappen i gasstyringssoftwaren.
  2. Sæt holderen i scanningstransmissionselektronmikroskopet, og tilslut gasrøret fra manifolden til CCGR-TEM-holderen.
  3. Til forsøget pumpes og renses systemet med inert gas (f.eks. Ar eller N2)to gange fra 100 Torr til 0,5 Torr.
  4. Udfør en sidste pumpe og fjern fra 100 Torr til 0,001 Torr. Dette vil sikre, at hele gasforsyningssystemet, fra gasmanifolden til holderen, rengøres og skylles med inert gas.
  5. Resterende gasanalysator - Under pumpe- og udrensningsproceduren skal du tænde for RGA-systemet for at varme glødetråden op.

4. Forberedelse af vanddamp leveringssystem (VDS)

BEMÆRK: Disse instruktioner er til specifikke eksperimenter, der involverer kontrolleret levering af gas i dampform (f.eks. vanddamp). Gasleveringskontrol sker gennem den gaskontrolsoftware, som producenten har leveret (Tabel over materialer).

  1. Fastgør rensegassen (f.eks. N2) til VDS, drej håndtagsknappen til Udstødning, og drej derefter til parkpositionen.
  2. VDS (gentag 4.1) renses ved at hælde inert gas tre gange, eller indtil der ikke er mere væske til stede.
  3. Drej håndtagsknappen til parkpositionen, og fastgør VDS'en til manifolden.
  4. Drej håndtagsknappen til påfyldningspositionen, og fjern rensegasledningen.
  5. Indstil damptrykket til 18,7 Torr i gasstyringssoftwaren.
  6. I softwaren pumpes VDS'en til vakuum (0,1 Torr) ved at vælge inputlinjen og trykke på pumpeknappen.
  7. Fyld VDS med vand (2 mL) via en sprøjte og slanger.
    BEMÆRK: Hvis der er behov for højere renhedsdampe, kan der være behov for yderligere udrensningstrin.

5. Kørsel af reaktionen

  1. Sørg for, at alle gasser, der skal anvendes i forsøgene (f.eks. N2, vanddamp og O2), er forbundet med manifolden.
  2. Med gasstyringssoftwaren under Navngivningskal du angive navnet(e) på de gasser, der kræves til reaktionen, og gemme den rå ".csv"-fil, så der genereres en kørende logfil til eksperimentet.
  3. Vælg den tilknyttede kalibreringsfil (dvs. som beskrevet i 2.5) under E-chipopsætningenfor den E-chip, der bruges, og Kør kalibrering. Som tidligere nævnt i afsnittet Introduktion er hver E-chip temperaturkalibreret ved hjælp af infrarød stråling (IR) billeddannelse fra producenten.
  4. Se Forberedelse af eksperimentel opsætningunder Pump og Purge.
  5. Under Gaskontrolskal du vælge det ønskede gasnavn og dets sammensætning (f.eks. vælge procent for hver gas) til eksperimentet.
  6. Vælg den ønskede varmehastighed under Temperatur, og måltemperaturen for forsøgets rentetemperatur, og tryk på knappen Start .
  7. Begynd at flyde på gassen ved at trykke på knappen Start under gaskontrolsektionen.

6. Forsøgets afslutning

  1. Når reaktionen er færdig, skal du holde op med at flyde gassen, slukke for temperaturknappen og afslutte sessionen ved hjælp af pumpen og udrensningsproceduren (f.eks. afhængigt af den reaktion, der blev udført, udføre pumpe- og udrensningsproceduren fra 100 Torr til 0,1 Torr 2-3 gange).
  2. Før du fjerner in situ CCGR-TEM-holderen fra elektronmikroskopet, skal du sikre dig, at holdertrykket bringes tilbage til atmosfærisk tryk.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Prøver til MEMS-baserede gasreaktioner med lukket celle:
Direkte pulveraflejring ved drop casting fra en kolloid opløsning og gennem en maske
Afhængigt af det materiale, der skal undersøges, er der en række forskellige måder at forberede E-chips til in situ/operando CCGR-STEM-eksperimenter. Forberedelse af gascellen til katalyseundersøgelser kræver typisk spredning af katalysatornanopartiklerne på E-chippen enten fra en kolloid væskeaffjedring (figur 2A) eller direkte fra selve det tørre pulver (Figur 2B). For grovere pulvere kan det være nødvendigt at knuse partiklerne (f.eks. ved hjælp af mørtel og støder eller ved at placere pulveret mellem glasrutsjebaner), så pulveraggregaterne passer inden for 5 μm-mellemrummet mellem parrede mikrochips ("sandwich") uden at beskadige SixNy-membranerne. Ved brug af en væskeaffjedring resulterer depositionen af pulvere i bredere spredning, der dækker et større område af E-chippen, hvilket ofte kræver et sekundært rengøringstrin ("afstøvning") for at fjerne pulveret fra guldkontakterne. Mens der ved deponering af tørt pulver kan bruges en maske til direkte at deponere pulver på det ønskede sted (f.eks. det elektron-gennemsigtige SixNy-visningsområde). I vores undersøgelse er de masker, vi testede, E-chips med fjernet SixNy membran og væskecelle afstandschip med fjernet SixNy film. Da sidstnævnte har en smallere åbning (50 x 250 μm), kan der opnås en mere præcis aflejring direkte på membranvarmerområdet i E-chippen, og der er ikke behov for yderligere rengøring af guldkontakterne.

Mønstermaske og legeringsaflejring
Det er relativt let at aflejre katalysatoren på E-chippen sammenlignet med bulklegeringer. Da partikler i nanostørrelse af tilfældige legeringssammensætninger ikke er let tilgængelige , og knusning af legering af mikrostørrelsespulver også har været problematisk6, blev evalueringen af endnu en potentiel ny metode taget op til fremstilling af legeringsprøver af kontrolleret sammensætning og geometri på gascelle-E-chip-membraner33.

Den grundlæggende idé for de strukturelle legeringsprøver er at deponere "øer"(figur 2D)af det ønskede strukturelle materiale ved hjælp af en passende dampaflejringsteknik (f.eks. elektronstrålefordampning, ionsplet, eller magnetronsplet), hvor grundarterne deponeres direkte på E-chipmembranen (Figur 3A) gennem en mønstermaske bestående af en række ~ 2 μm diameter huller (Figur 3). Mønstermasken kan produceres ved hjælp af FIB-fræseteknikker ved hjælp af en SixNy spacer E-chip. Alternativt er det lettere at bruge et kommercielt tilgængeligt 50 nm tykt SiN Microporous TEM-vindue med en matrix på 2 μm porer i en siliciumnitridfilm i et gittermønster inden for en enkelt 500 x 500 μm membran (Tabel over materialer)33 som mønstermaske (Figur 3B-b). Som vist er det muligt at fastgøre et SiN Microporous TEM-vindue til en E-chip med fjernet SixNy membran (Figur 3B-a) og placere det direkte på E-chippen (Figur 3C) i et sikkert strammet E-chip armatur (Figur 3D). Dette bruges til at skabe en perfekt justering af enhederne og hjælper med at isolere de fordampede arter til et lille område på E-chippen (Figur 3C-c og 3C-d). Afhængigt af den kemiske sammensætning af deponeringslegering / materiale har hver fordampningsteknik (elektronstrålefordampning, ionspletuttering eller elektronmagnetronsplet) sine egne fordele og ulemper33, som ikke vil blive behandlet her. Derfor har ideen til gasreaktorprøveforberedelse ved dampfaseaflejring gennem en mønstermaske på E-chipoverfladen potentiale for yderligere udvikling og eksperimentering.

FIB fræsning
E-chip forberedelse bliver mere udfordrende, når man undersøger faste materialer. Sammenlignelige undersøgelser af strukturelle bulkmaterialer kræver, at prøven forberedes som en tynd skive eller lameller med passende prøvetykkelse og geometri (f.eks. elektrongennemsigtig og et par mikron i lateralt omfang), som på en eller anden måde kan fastgøres til E-chipmembranen. Denne proces kan udføres ved hjælp af FIB-fræsningsprocedurer og placering af TEM lamella på SixNy-visningsområdet i SiC-varmehinden (Figur 2C-c)9,30,36,37 med det forbehold, at konventionel gallium FIB-fræsning typisk efterlader resterende Ga, enten som Ga implantation og/eller Ga-adskillelse i nogle materialesystemer (f.eks. inden for korngrænser og faser i Al og dets legeringer38) på den fræsede overflade, hvilket komplicerer reaktionsprocessen, når dynamiske hændelser skal undersøges på atomniveau. Det er vigtigt at vurdere materialefølsomhed over for Ga penetration9. For at minimere Ga implantation og overfladeskader kan vi bruge elektropolerede nåle, svarende til dem, der bruges til atomsondetomografi, som derefter kan placeres på E-chippen (Figur 2C-d) ved hjælp af FIB ved at fastgøre prøven ved W eller Pt "tack" punkt31. EDS-analyse bekræfter, at gaimplantation kan reduceres/elimineres (figur 2C-d); Begrænsningen af denne metode er dog prøvens geometri. Kun nåleformede prøver kan tilberedes uden at udsætte det område, der er af interesse for Ga ioner. Som et alternativ kan nye Xe-plasma FIB'er bruges til at forberede tynd lamella uden Ga implantation. For eksempel kan elektrongennemsigtig lamella fra 3 mm elektropolerede skiver udvindes og placeres på E-chippen (Figur 2C-e), hvilket resulterer i et stort område af prøven uden problemer forbundet med et resterende ionimplantationslag (Xe er inaktivt og har ikke tendens til at deponere på prøveoverflader. Det producerer også et tyndere amorf lag (~ 1 nm) end de bedste FIB-procedurer med en Ga-kilde)34.

In situ-reaktionseksperimenter
For at fange dynamiske begivenheder er det først nødvendigt at bage og pumpe systemet ned natten over. Under selve eksperimentet er holderen tilsluttet gasmanifoldsystemet og pumpes og renses flere gange. Systemet pumpes oprindeligt ned to gange fra 100 Torr til 0,5 Torr og renses med en inert gas (f.eks. N2, Ar); den tredje cyklus indebærer pumpning ned til 0,001 Torr. De interne forhold overvåges af et RGA-system (Tabel over materialer), som er udstyret med en elektronmultiplikator10. RGA'en er integreret i gasstyringssystemet gennem tilslutning til ccgr-TEM-holderens returside (figur 4B). For at fjerne resterende vanddamp og andre gasser fra RGA-kammeret anvendes varmetape, som giver mulighed for bake-outs mellem eksperimenter. Et ultrahøjt vakuum i RGA på < 2x10-8 Torr kan opnås. En elektronisk styret lækageventil (LV) bruges til at styre mængden af gas fra holderen og ind i RGA-kammeret, og en returkapillærlinje til manifolden isoleres fra lækageventilen med en håndventil (HV).

Et eksempel på det registrerede delvise gastryk målt i RGA-kammeret, CCGR-TEM-holderen (LV åben), manifold (H1 åben) og Tank 1 (T1 åben), før in situ-eksperimenter er vist i figur 4. Dette viser, at selv om natten bagning, pumpe ned og udrensning blev udført, er der stadig en vis grad af resterende vanddamp. For forsøg, især med vanddamp, er det således vigtigt at etablere basislinjen for systemets indledende forhold og registrere det oprindelige delvise tryk. For vores system vist i figur 4,det delvise tryk af vanddamp målt hele vejen til Tank 1 læser 1,1 x 10-7 Torr. Atommassespektret versus delvis tryk viser vanddamptoppen ved 18 amu og når 1,1 x 10-7 Torr (Figur 3C). Sammenligning af spektret med det fra forsøgene, der indeholdt O2 og vanddamp, er der en betydelig stigning i det delvise tryk (2,5 x 10-7 Torr) af toppen ved 18 amu. Bemærk, at ved yderligere åbning af lækageventilen indføres mere gasstrøm i RGA-kammeret, hvor målinger udføres. Det er vigtigt at justere lækageventilen på en sådan måde, at eksperimentets samlede tryk holdes konstant for at sammenligne resultaterne mellem forholdene. Gassammensætningsmålinger er mulige, når RGA-kammertrykket er i ≤10-5 Torr-området, hvilket er mindre end en milliardtedele af en atmosfære på grund af den høje reaktivitet af ioner og deres korte levetid; Derfor er presset i RGA meget lavere end i gascellen.

Fastgørelsen af vanddampleveringssystemet til manifolden kræver, at VDS'en renses med inert gas, indtil der ikke er væske til stede (det er også vigtigt at rengøre VDS lige efter eksperimentet for at gøre dette trin enklere) og holde det renset under forbindelsen til manifolden. Før VDS'en fyldes med den ønskede væske (f.eks. vand, methanol eller ethanol), pumpes VDS'en først ned til vakuum. Derefter tilsættes væsken ved hjælp af en sprøjte og slange. For at forbedre dampens kvalitet (med reduceret iltindhold) kan den eksperimentelle forsyningstank fyldes med dampen og pumpes ned to eller tre gange; Ellers er den klar til brug.

Gasstyringssoftwaren guider brugeren gennem indstillingerne i alle faser af eksperimentet. I begyndelsen skal de korrekte gasser og tryk vælges. E-chippens modstand skal kontrolleres for at sikre, at E-chippen ikke blev beskadiget under indlæsningen i CCGR-TEM-holderen. I manifolden er der to forsyningstanke (Tank 1 og Tank 2), der holder og forsyner gas med en endelig sammensætning til reaktionen. Den ønskede gassammensætning kan opnås ved at blande mediet direkte i en af forsyningstankene (Tank 1 eller Tank 2 i figur 1D og 4B). Manifoldsystemet har tre porte, der introducerer gasser til manifolden. Hvis der ønskes mere end tre gasser blandet, skal en eller flere af indgangslinjerne imidlertid opdeles. Alternativt, hvis gassammensætningen er meget kompliceret, skal der anvendes forblandet gasser, hvilket gør det muligt at blande dem under forsøget med den ønskede dampsammensætning.

Efter indstilling af den ønskede gassammensætning for in situ-eksperimentet vil gaskontrolsoftwaren først introducere den lavere procentdel af gas; derefter efter at have nået det ønskede tryk, vil det fodre den anden gas i forsyningstanken. Derefter kan gassen afhængigt af forsøget føres ind i gascellen ved enten stuetemperatur eller efter opvarmning af prøven til den ønskede temperatur ved en bestemt/ønsket opvarmningshastighed. Dette afhænger af hver brugers eksperiment. Opvarmningen kan forekomme i et vakuum, under inert gas eller under den forblandet gas, der vil blive brugt i forsøgene. Når gassen skal udskiftes under forsøg, pumpes systemet ned og renses med inert gas for at undgå enhver risiko for at blande to inkompatible gasser.

Generelt er der kun ringe eller slet ingen afdrift i x- og y-anvisningerne under forsøgene, men under opvarmning og/eller trykændringer observeres signifikant variation i prøvehøjden (hvilket udgør en udfordring at fange indledningen af en reaktion). Hvis det er muligt, opvarmes til den ønskede temperatur under vakuum eller inert gas, justeres alle justeringer og derefter introduceres gasmediet. Eksperimenter under 200 °C er også udfordrende med den lukkede celle på grund af forureningsopbygning på overfladen af E-chip-visningsområdet.

Som et eksempel blev udviklingen af overfladen af Pt nanopartikler på en TiO2-støtte fanget, når den blev udsat for 100% vanddamp ved 17 Torr ved 300 °C (Figur 5). De strukturelle ændringer i Pt-partiklen og omlægningen af strukturen for at eksponere {111} overflader (figur 6) blev observeret(figur 6A vs. figur 6B vs. figur 6C).

Figure 1
Figur 1: E-chip parret enhed med CCGR-TEM-holder. (B) Skematisk over CCGR-TEM-holderspidsen med parrede mikrochipanordninger fastgjort med en klemme. (C) Tværsnit af CCGR-TEM-holderspidsen, der viser E-chip placeret oven på afstandschippen, hvilket skaber det lukkede celle (sandwich), der isolerer miljøet omkring prøven fra TEM-kolonnen. D) Et nærmere billede af den mangfoldige produktion, der omslutter tre gastilførselsledninger på siden, to eksperimentelle gasleveringstanke og en modtagetank til gasstrømskontrol under forsøget. (Billeder fra CCGR-systemproducenten). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Eksempel på forskellige aflejringsteknikker til fremstilling af prøver på E-chippen. (B) E-chip efter tørt pulveraflejring ved hjælp af to forskellige masker (a) E-chip med fjernet SixNy membran og (b) flydende celle E-chip med fjernet SixNy membran. (C) E-chip fremstillet ved (a) standard FIB-fræsningsprocedurer og placering af FIB lamella på gennemsigtige synsområder i SixNy, b) elektropoleret nål, c) elektron gennemsigtig del af et korn i en 3 mm elektropoleret skive ekstraheret af Xe-plasma FIB og anbragt på E-chip. (D) Højere forstørrelse billede af E-chip med legering deponeret gennem mønster maske. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: E-chip-forberedelse ved hjælp af sputteringsteknikker. (B) Mønstermaske fremstillet af E-chip med flydende celle med SixNy membran fjernet og 50 nm tykt SiN Microporous TEM-vindue (B-a) med arrays på 2 μm porer i silicium nitridefilm i gittermønster inden for et enkelt 500 x 500 μm membranvindue 34, der overlapper 50 x 250 mikron åbning af mikrochippen med flydende celler (B-b). (C) Mønstermaske direkte placeret på E-chippen (C-c) med højere forstørrelsesbillede, der viser justeringen af SixNy-visningsområdet med 50 x 250 μm åbning i flydende celle E-chip, der er dækket af SiN Microporous TEM Window (3C-d og også 3B-b). (D) Tværsnit af e-chip i armaturet (D-e), øverste visning (D-g) og (D-f) nærbillede af mønstermasken i E-chip-armaturet. E-chip armatur holder mønster maske placeret på E-chip på sikker måde under damp-fase deposition. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Måling af gassammensætninger ved hjælp af en resterende gasanalysator. (A) Eksempel på delvise gastryk målt i RGA-kammer, CCGR-TEM-holder (LV åben), manifold (H1 åben) og Tank 1 (T1 åben) før in situ-eksperimenter. (B) Skematisk over gaskontrolsoftwaren, der viser steder for RGA-målinger før forsøg. (C) Massespektre, der genereres i et vakuum før forsøget (rødt) med vanddamptop ved 18 amu og når 1,1 x 10-7 Torr og under forsøget (blå) med en blanding af O2 med vanddamp, der viser en stigning i det delvise tryk for OH, H2O og O2. RGA bekræfter tilstedeværelsen af vanddamp i in situ lukket celle. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Måling afvanddampindholdet. (A) Skematisk over gaskontrolsoftwaren, der viser et eksempel på 100% vanddamp, der blev introduceret til Tank 1 med testparametre registreret af gaskontrolsystemet ved stuetemperatur før eksperimentet. (B) Delvise gastryksspektre erhvervet ved hjælp af RGA før (rød) og under (blå) reaktion med 100 % vanddamp ved 17 Torr og 300 °C. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: Eksperimentelle resultater af vanddampeksponeringseffekter på Pt nanopartikelstruktur. (A-C) BF-STEM-billeder, der viser den rekonstruerede overflade af en Pt nanopartikel på TiO2-støtte, når den udsættes for 100 % vanddamp ved 17 Torr og 300 °C. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I det nuværende arbejde demonstreres en tilgang til at udføre in situ STEM-reaktioner med og uden vanddamp. Det kritiske trin i protokollen er E-chip forberedelse og vedligeholdelse af dens integritet under indlæsningsproceduren. Begrænsningen af teknikken er (a) prøvestørrelsen og dens geometri, så den passer til det nominelle mellemrum på 5 μ m mellem parrede (MEMS)-baserede siliciummikrochipenheder samt (b) et samlet tryk, der anvendes i forsøgene med vanddamp, da det højeste samlede tryk afhænger af mængden af vanddamp6. Betydningen af denne metode med hensyn til eksisterende metoder er, at vi kan udføre operando-eksperimenter, dvs. vi analyserer prøverne under reelle forhold, aktiveret af et RGA-system, der bekræfter / overvåger eksperimentelle tilstande. Derudover er der muligheder for fremtidige anvendelser af teknikken til forskellige materialesystemer, der kan kræve forskellige metoder og procedurer for prøveaflejring på E-chip varmeapparater.

E-chip-præparatet er vist i figur 2, som fremhæver fire forskellige prøveforberedelsesmetoder; (1) direkte pulveraflejring ved dråbeafstøbning fra kolloid opløsning, 2) direkte pulveraflejring gennem maske, 3) direkte EBID/IBID eller magnetronsplejsning med mønstrede masker og 4) FIB-fræsning. Pulveraflejring bør kun omfatte pulvere med partikler eller aggregater, der er mindre end 5 μm tykke, så de passer inden for det nominelle mellemrum på 5 μm mellem parrede mikrochips for at forhindre skader på SixN y-visningsvinduerne2,6. Forskere, der udfører deposition gennem fordampningsmetoder, bør justere parametrene i henhold til den elementære sammensætning, temperatur og fugtighed og bør minimere iltniveauet. Prøveforberedelse ved hjælp af FIB-fræsning kræver, at brugerne er yderst omhyggelige med at forhindre skader på SixNy-membranen. Ga-implantation kan også ændre legeringskemi og påvirke overfladediffusion. Uanset hvilken E-chip prøvemetode der vælges efter prøveaflejring, kræves undersøgelse af E-chippen ved hjælp af lys optisk mikroskopi og modstandsmålinger for at verificere E-chip-integriteten, før in situ-forsøgene påbegyndes.

Denne protokol for in situ CCGR-STEM-undersøgelser giver nye muligheder for at visualisere gasreaktioner i nanoskala, mens de opstår, og under realistiske forhold (temperatur, tryk og gassammensætning). Nu er det muligt at afsløre dynamiske ændringer i overfladeatomer og grænseflader og forstå, hvordan overfladesammensætningen og -strukturen kan styres på ydre måder7. F.eks. var de strukturelle ændringer i Pt-partiklen og omlægningen af dens struktur for at eksponere {111} overflader (figur 6) forbundet med mindre formændringer (Figur 6A vs. figur 6B vs. figur 6C). Katalytisk ydeevne bestemmes af interfaciale reaktioner, der opstår ved stedsspecifikke katalysatorgrænseflader, og in situ-mikroskopi hjalp med at afdække gasoverfladefænomener under vanddamp i Pt / TiO2 katalyseforskning. Desuden bidrager den forsøgsprotokol, der præsenteres her, også til en bedre forståelse af in situ-gasreaktionsprocessen ved at overvåge gassammensætningen ved hjælp af en RGA. Dette er vigtigt på grund af behovet for at korrelere gassammensætningens rolle med strukturelle og kemiske ændringer, som det undersøgte materiale gennemgår som en direkte virkning af miljøeksponering.

Kort sagt kan CCGR-STEM-undersøgelser på stedet gøre det muligt at undersøge deaktivering eller regenerering af katalysatormaterialer via billeddannelse og spektroskopi og undersøgelse af kemiske og morfologiske ændringer under gasreaktioner på bulklegeringsmaterialer. Sådanne undersøgelser gør det også muligt at identificere minimumstemperaturen for påbegyndelse af f.eks. Disse undersøgelser giver et direkte link til aktuelle beregningsmæssige modeller, der forudsiger reaktionernes vej, men ikke tid, hvor det vil ske, hvilket er vigtigt for materialeoptimering. Potentialet i denne miljømæssige lukkede cellegasreaktionsprotokol kan udvides til en række forskellige materialer i forbindelse med kvantitative spektroskopiteknikker såsom elektronenergitabsspektroskopi39 og energispredningsspektroskopi5,6 til identifikation af kemiske sammensætninger og/eller oxidationstilstandsændringer. Desuden er dette kun begyndelsen på en ny kapacitet, der skaber en avanceret mulighed for materialekarakterisering under en række realistiske forhold.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Dette manuskript er blevet forfattet af UT-Battelle, LLC under kontrakt nr. DE-AC05-00OR22725 med det amerikanske energiministerium. Den amerikanske regering bevarer og udgiveren, ved at acceptere artiklen til offentliggørelse, anerkender, at den amerikanske regering bevarer en ikke-eksklusiv, betalt op, uigenkaldelig, verdensomspændende licens til at offentliggøre eller gengive den offentliggjorte form af dette manuskript, eller tillade andre at gøre det, til amerikanske regeringsformål. Department of Energy vil give offentligheden adgang til disse resultater af føderalt sponsoreret forskning i overensstemmelse med DOE Public Access Plan (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan).

Acknowledgments

Denne forskning blev primært sponsoreret af Laboratory Directed Research and Development Program of Oak Ridge National Laboratory (ORNL), der forvaltes af UT-Battelle LLC, for U.S. Department of Energy (DOE). En del af udviklingen til at indføre vanddamp i in situ gascellen blev sponsoreret af U.S. DOE, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Bio-Energy Technologies Office, på kontrakt DE-AC05-00OR22725 (ORNL) med UT-Battle, LLC, og i samarbejde med Chemical Catalysis for Bioenergy (ChemCatBio) Consortium, et medlem af Energy Materials Network (EMN). Dette arbejde blev forfattet delvist af National Renewable Energy Laboratory, der drives af Alliance for Sustainable Energy, LLC, for den amerikanske DOE under kontrakt nr. DE-AC36-08GO28308. En del af mikroskopi blev udført på Center for Nanophase Materials Sciences (CNMS), som er en DOE Office of Science User Facility. Tidlig udvikling af in situ STEM kapaciteter blev sponsoreret af Propulsion Materials Program, Vehicle Technologies Office, US DOE.  Vi takker Dr. John Damiano, Protochips Inc., for nyttige tekniske diskussioner. Forfatterne takker Rosemary Walker og Kase Clapp, ORNL produktion team, for støtte med filmproduktion. De synspunkter, der udtrykkes i denne artikel, repræsenterer ikke nødvendigvis DOE's eller den amerikanske regerings synspunkter. Den amerikanske regering bevarer og udgiveren, ved at acceptere artiklen til offentliggørelse, anerkender, at den amerikanske regering bevarer en ikke-eksklusiv, betalt op, uigenkaldelig, verdensomspændende licens til at offentliggøre eller reproducere den offentliggjorte form af dette arbejde, eller tillade andre at gøre det, til amerikanske regeringsformål.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Atmosphere Clarity Software Protochips 6.5.14
Atmosphere Large Heating E-chips, 300 x 300 window, no spacer Protochips EAT-33AA-10 microchip device
Atmosphere Small E-chips, 300 x 300 micron window, 5 micron SU-8 spacer Protochips EAB-33W-10 microchip device
JEOL 2200FS JEOL microscope
M-bond 610 Electron Microscopy Sciences 50410-30 cyanoacrylate (CA) glue
Mikron M9103 IR camera Micron This is used by Protochips/ not available
Protochips “Fusion” E-chips Protochips spacer chip with removed SixNy membrane
Protochips Atmosphere 200 Protochips prototype software
Residual Gas Analyzer R100 (RGA) Stanford Research Systems R100 SRS

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Engineering in situ reaktion scanning transmission elektron mikroskopi lukket celle gas reaktion CCGR gas flow vanddamp resterende gas analysator massespektre strukturelle materialer katalyse Pt / TiO2
Udførelse <em>in situ</em> lukket celle gasreaktioner i transmissionselektronmikroskopet
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Unocic, K. A., Hensley, D. K.,… More

Unocic, K. A., Hensley, D. K., Walden, F. S., Bigelow, W. C., Griffin, M. B., Habas, S. E., Unocic, R. R., Allard, L. F. Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope. J. Vis. Exp. (173), e62174, doi:10.3791/62174 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter