Waiting
Login processing...

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

Engineering

Utföra in Situ slutna-cell gasar reaktioner i överföringselektronmikroskopet

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

Här presenterar vi ett protokoll för att utföra TEM-experiment med slutna gasreaktioner på plats samtidigt som vi beskriver flera vanliga provberedningsmetoder.

Abstract

Gasreaktioner som studeras av in situ-elektronmikroskopi kan användas för att fånga in de morfologiska och mikrokemiska omvandlingarna av material i realtid till atomnivå. In situ-studier av sluten gasreaktion (CCGR) som utförs med hjälp av (scanning) transmissionselektronmikroskopi (STEM) kan separera och identifiera lokaliserade dynamiska reaktioner, som är extremt utmanande att fånga med andra karakteriseringstekniker. För dessa experiment använde vi en CCGR-hållare som använder mikroelektromekaniska system (MEMS)-baserade värmemikrochips (nedan kallade "E-chips"). Det experimentella protokoll som beskrivs här beskriver metoden för att utföra in situ-gasreaktioner i torra och våta gaser i en avvikelsekorrigerad STEM. Denna metod finner relevans i många olika materialsystem, såsom katalys och högtemperaturoxidation av strukturella material vid atmosfärstryck och i närvaro av olika gaser med eller utan vattenånga. Här beskrivs flera provberedningsmetoder för olika materialformsfaktorer. Under reaktionen validerar masspektra som erhållits med ett RGA-system (Residual Gas Analyzer) med och utan vattenånga ytterligare gasexponeringsförhållanden under reaktioner. Att integrera en RGA med ett in situ CCGR-STEM-system kan därför ge kritisk insikt för att korrelera gassammansättningen med materialens dynamiska ytutveckling under reaktioner. In situ/operando-studier med detta tillvägagångssätt möjliggör detaljerad undersökning av de grundläggande reaktionsmekanismer och kinetik som uppstår vid specifika miljöförhållanden (tid, temperatur, gas, tryck), i realtid och vid hög rumslig upplösning.

Introduction

Det finns ett behov av att få detaljerad information om hur ett material genomgår strukturella och kemiska förändringar vid reaktiv gasexponering och vid förhöjda temperaturer. In situ-sluten cellgasreaktion (CCGR) scanning transmission electronmikroskopi (STEM) utvecklades specifikt för att studera de dynamiska förändringar som sker i ett brett spektrum av materialsystem (t.ex. katalysatorer, strukturella material, kolnanorör etc.) när de utsätts för förhöjda temperaturer, olika gasformiga miljöer och tryck från vakuum till fulltatmosfärstryck 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Detta tillvägagångssätt kan vara fördelaktigt i flera fall, t.ex. i den accelererade utvecklingen av nästa generations katalysatorer som är viktiga för ett antal industriella omvandlingsprocesser, t.ex. över Ag-ZrO2/SiO213, katalysatorer för syrereduktionsreaktionen och väteutvecklingsreaktionen i bränslecellstillämpningar14,15, katalytisk CO2 hydrogenering16, metanoldehydrogenation till formaldehyd eller uttorkning till dimetyleter som använder antingen metallkatalysatorer eller flerväggiga kolnanorör i en metanolomvandlingsreaktion i närvaro av syre17. De senaste tillämpningarna av denna in situ-teknik för katalysforskning1,2,7,8,10,11,12,18,19,20,21,22 har gett ny inblick i katalysator dynamiskaformförändringar 10,11,23, faceting7, tillväxt, och rörlighet8,20,24. Dessutom kan in situ CCGR-STEM användas för att undersöka högtemperaturoxidationsbeteendet hos strukturella material som utsätts för aggressiva miljöer, från gasturbinmotorer till nästa generations fissions- och fusionsreaktorer, där inte bara styrka, fraktursehet, svetsbarhet eller strålning är viktiga men också högtemperaturoxidationsbeständighet25,26,27,28,29. Specifikt för strukturella legeringar möjliggör in situ CCGR-STEM-experiment dynamisk spårning av diffusionsinducerad korngränsmigration under minskningsförhållanden9 och mätningar av oxidationskinetik vid hög temperatur5,6,30. Under flera årtionden före den senaste utvecklingen av CCGR-teknik genomfördes in situ-gasreaktionsstudier med hjälp av särskilda miljö-TEM(E-TEMs). En detaljerad jämförelse av E-TEM och CCGR-STEM har tidigare behandlats10. E-TEM-kapaciteten diskuteras därför inte vidare i det aktuella arbetet.

I detta arbete användes ett kommersiellt tillgängligt system(Table of Materials)bestående av ett datorstyrt grenrör (gasleveranssystem) och en särskilt utformad CCGR TEM-hållare som använder ett par mikroelektromekaniska (MEMS)-baserade kiselmikrochipenheter (t.ex. distanschips och "E-chip"-värmare (Table of Materials).In this work, a commercially available system ( Table of Materials ) bestående av ett datorstyrt grenrör (gasleveranssystem) och en specialdesignad CCGR TEM-hållare som använder ett par mikroelektromekaniska (MEMS)-baserade kiselmikrochipenheter (t.ex. distanschip och "E-chip" värmare(Materialförteckning)). Varje E-chip stöder ett amorft, elektrontransparent SixNy-membran. Distanschipet har ett 50 nm tjockt SixNy-membran med ett 300 x 300 μm2 visningsområde och 5 μm tjock epoxibaserad fotoresist (SU-8) "distanskontakter" som är mikrofabricerade för att ge en gasflödesbana och upprätthålla en fysisk förskjutning mellan de två parade mikrochipsen (Figur 1A). En del av E-chipet är täckt med en låg ledningsförmåga ~ 100 nm SiC keramiskt membran; membranet har en 3 x 2 matris med 8 μm diameter etsade hål överlappade av ett ~30 nm tjockt amorft SixNy-membran (SixNy-visningsområde) ( figur1A och figur 2D), genom vilket bilder registreras. E-chipet har en dubbel roll som både provstöd och värmare6. Au kontakter är mikrofabricerade på E-chip för att möjliggöra resistiv uppvärmning av SiC-membranet. Varje E-chip kalibreras med hjälp av infraröd strålning (IR) avbildningsmetoder(Materialförteckning)2 och har visat sig vara exakt inom ±5%31. Temperaturkalibreringen är oberoende av gassammansättningen och gastrycket, vilket ger oberoende kontroll över reaktionstemperaturerna under valda gasförhållanden. Fördelen med en tunnfilmsvärmare är att temperaturer upp till 1 000 °C kan uppnås inom millisekunder. För att utföra reaktionen placeras E-chipet på toppen av distanschipet, vilket skapar den slutna cellen "sandwich" som isolerar miljön runt provet från TEM-kolonnens höga vakuum. Fördelen med denna inställning är att reaktioner kan utföras från låga tryck upp till atmosfärstryck (760 Torr) med enstaka eller blandade gaser och under statiska eller flödesförhållanden. MEMS-anordningarna är säkrade med en klämma(figur 1B)som gör det möjligt att sätta in hållaren inom det mmstora gapet på objektivstångsstycket i ett avvikande korrigerat S/TEM-instrument(Materialförteckning)(figur 1C). Moderna S/TEM-hållare på plats inkluderar integrerade mikrovätskerör (kapillärer) som är anslutna till de yttre rostfria slangarna, som i sin tur är anslutna till gastillförselsystemet (grenrör). Ett elektroniskt styrsystem möjliggör kontrollerad leverans och flöde av reaktiv gas genom gascellen. Gasflödet och temperaturen drivs av ett anpassat arbetsflödesbaserat programvarupaket som tillhandahålls av tillverkaren(Materialförteckning)10,32. Programvaran styr tre gasinmatningsledningar, två interna experimentgasleveranstankar och en mottagningstank för gasflöde som återvänder från cellen under experimentet (Figur 1D).

På grund av materialens variabilitet och deras formfaktor fokuserar vi först på flera provdeponeringsmetoder på E-chipet och beskriver sedan protokoll för att utföra kvantitativa in situ/ operando-experiment med kontrollerad temperatur, gasblandning och flöde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. E-chip förberedelse

  1. Direkt pulverdeposition genom drop-casting från en kolloidal lösning (Figur 2A).
    1. Krossa pulvret om puderpartikelaggregaten är för stora. Gör detta med en liten mortel och mortel (krossade aggregat ska < μm i storlek). Blanda en liten mängd (t.ex. ~0,005 mg, mängd som bestäms av erfarenhet) pulver i 2 ml lösningsmedel (t.ex. isopropanol eller etanol).
    2. Sonicate blandningen i cirka 5 min för att skapa en kolloidal suspension.
    3. Placera E-chippet på E-chip-fäst fixturen. Droppgjuten ca 1 μL av fjädringen med en 0,5-2,5 μL mikropipett direkt på E-chippet.
    4. Rengör Au-kontakterna för att ta bort fjädringen med en absorberande papperspunkt medan du tittar genom ett stereomikroskop.
  2. Direkt pulverdeposition genom mask (figur 2B).
    1. Krossa pulvret (t.ex. Pt/TiO2)torrt om pulverpartiklarna är för stora (som i 1.1.1).
    2. Placera ett nytt rent E-chip på E-chiphållarfixturen(figur 3D). Använd en mask, som är ett annat E-chip med SixNy-membranet borttaget (genom att bryta det med pincett eller komprimerad gas) och placera det direkt på E-chippet i fixturen.
    3. Använd toppplattan för att spänna ihop ett nytt rent E-chip och en mask i fixturen.
    4. Deponera en liten mängd av pulvret med en spatel direkt på kiselnitrilmembranet i masken.
    5. Vibrera försiktigt fixturen för att skaka partikelerna ner till E-chippet. Detta kan antingen göras med hjälp av en vakuum pincettenhet genom att hålla fixturen på toppen av enheten medan den är igång eller använda en ultraljudsbehandlingsenhet och placera fixturen i en torr bägare.
    6. Skaka av överflödigt pulver, demontera systemet och inspektera placeringen av torrt pulver på E-chipet med hjälp av ett stereomikroskop.
  3. Depositionsmetod genom antingen elektronstråleavdunstning, jon eller magnetronsputtring.
    OBS: Denna metod används för att skapa antingen ett enelementssystem eller modelllegeringsprover med känd geometri och sammansättning.
    1. Skapa en mönstermask (bild 3).
      OBS: Förbered mönstermasken i förväg eftersom det tar lite tid.
    2. Använd ett distanschip med borttaget SixNy-membran. I detta experiment användes ett E-chip som vanligen används i experiment med flytande celler efter att försiktigt ha brutit ut SixNy-membranet vilket resulterade i 50 x 250 μm öppning. Detta distanschip med borttaget SixNy-membran kommer att kombineras med ett annat chip, med en rad hål (t.ex. kiselnitrid (SiN) Microporous TEM Window 33).
    3. Använd cyanoakrylatlim (CA)(Materialförteckning)för att fästa SiN Microporous TEM Window med ansiktet nedåt (SiN-mönsterfilm bort från distanschipet) över öppningen på 50 x 250 μm enligt tillverkarens rekommendation (Figur 3B, C).
    4. Upprepa proceduren för att förbereda så många mönstermasker som behövs, beroende på de planerade experimenten.
    5. Placera ett nytt rent E-chip på E-chip-armaturen(figur 3D).
    6. Placera mönstermasken på E-chippet (Bild 3C, D).
    7. Täck med toppplattan och kläm fast den (Bild 3D).
    8. Använd antingen elektronstrålens avdunstning, jonsputtring eller magnetronsputtrande depositionsteknik. Dessa är de rekommenderade metoderna som används för att sputter material av intresse direkt genom mönstermasken.
      OBS: Det kan vara viktigt att rensa depositionssystemet för att avlägsna kvarvarande syre före nedfallet för avlagringar av material med högrerenhetsmaterial 33.
    9. Demontera systemet och inspektera E-chipet med ett stereomikroskop för att säkerställa god vidhäftning av det deponerade materialet på E-chipets SixNy-membran.
  4. Fokuserad jonstrålefräsning (FIB)(figur 2C).
    1. Förbered en vanlig TEM lamella med FIB. Använd låg kV (t.ex. 2-5 kV) för det sista frässteget för att avlägsna skador orsakade av FIB-fräsning vid höga spänningar (30-40 kV).
    2. Placera TEM lamella på E-chipet med hjälp av vanliga FIB-procedurer. Skada inte SixNy-membranet när du fäster den FIB-beredda TEM-lamellen på E-chippet. Se Allard et al.34 och andra publikationer30,35,36 för detaljer om olika metoder med Xe-PFIB- och Ga-FIB-instrument för lamellaberedning.

2. Förberedelse av atmosfären (CCGR-TEM) hållare

  1. Ladda ner önskad kalibreringsfil.
  2. Mät sic-värmarens motstånd för att säkerställa att den ligger inom motståndsområdet för just den E-chipkalibrering som tillhandahålls av CCGR-tillverkaren.
  3. Ta bort klämman från CCGR-TEM-hållaren.
  4. Rengör spetsen på CCGR-TEM-hållaren med hjälp av absorberande papperspunkter och/eller tryckluft och se till att inget skräp finns kvar på O-ringens spår. Placera sedan den speciella dubbelpackningstätningen i spetsen.
  5. Placera distanschipet i CCGR-TEM-hållaren.
  6. Placera E-chipet som innehåller provexemplaret som framställdes med någon av de metoder som anges i avsnitt 1 med värmarens kontakter nere på distanschipet, vilket gör en korrekt anslutning till flexkabelns elektriska kontakter i hållaren.
  7. Placera hållarens klämplatta på toppen av E-chipet med pincett, placera skruvarna på den avsedda platsen vid spetsen av CCGR-TEM-hållaren och vrid sedan de inställda skruvarna med ett slutligt vridmoment till 0,2 lb-ft.
  8. Mät återigen, motståndet hos SiC-värmaren efter montering av CCGR-TEM-hållaren för att säkerställa att den ligger inom motståndsområdet för just den E-chipkalibrering som tillhandahålls av CCGR-tillverkaren.
    OBS: Här används en speciell adapter som ansluts direkt till hållarens elektriska anslutningar. Detta gör det möjligt att göra resistansmätningar genom CCGR-TEM-hållaren och den parade mikrochipenhetens montering medan de är helt monterade i hållaren.

3. Förberedelse av den experimentella installationen

  1. Grädda och pumpa ner systemet (grenrör, hållare, gastankar och RGA-kammare) över natten, antingen med eller utan att hållaren är ansluten genom att trycka på Bake-knappen i gaskontrollprogramvaran.
  2. Ladda hållaren i scanningsöverföringselektronmikroskopet och anslut gasslangen från grenröret till CCGR-TEM-hållaren.
  3. För experimentet, pumpa och rensa systemet med en inert gas (t.ex. Ar eller N2) två gånger från 100 Torr till 0,5 Torr.
  4. Utför en slutpump och rensa från 100 Torr till 0.001 Torr. Detta säkerställer att hela gastillförselsystemet, från gasgrenröret till hållaren, rengörs och spolas med inert gas.
  5. Kvarvarande gasanalysator - Under pumpen och utrensningsproceduren slår du på RGA-systemet för att värma upp glödtråden.

4. Förbereda vattenångetillförselsystemet (VDS)

OBS: Dessa instruktioner är för specifika experiment som innebär kontrollerad leverans av gas i ångform (t.ex. vattenånga). Gasleveranskontrollen är genom den gaskontrollprogramvara som tillhandahålls av tillverkaren(Materialförteckningen).

  1. Fäst avgasen (t.ex. N2)på VDS, vrid spakens ratt till Avgasernaoch vänd sedan till parkläget.
  2. Rensa VDS (upprepa 4.1) genom att flöda inert gas tre gånger eller tills det inte finns mer vätska.
  3. Vrid spakens ratt till parkläget och fäst VDS på grenröret.
  4. Vrid spakens ratt till fyllningsläget och ta bort utrensningsgasledningen.
  5. Ställ in ångtrycket på 18,7 Torr i gaskontrollprogramvaran.
  6. Pumpa VDS till vakuum (0.1 Torr) i programvaran genom att välja ingångsledningen och trycka på pumpknappen.
  7. Fyll VDS med vatten (2 ml) via en spruta och slang.
    OBS: Om högre renhetsånga behövs kan ytterligare reningssteg krävas.

5. Kör reaktionen

  1. Se till att alla gaser som ska användas i experimenten (t.ex. N2,vattenånga och O2) är anslutna till grenröret.
  2. Med gaskontrollprogramvaran under Namngivningställer du in namnet(arna) för de gaser som krävs för reaktionen och sparar den råa ".csv"-filen så att en löpande loggfil genereras för experimentet.
  3. Under E-chip-installationenväljer du den tillhörande kalibreringsfilen (dvs. enligt beskrivningen i 2.5) för det E-chip som används och Kör kalibrering. Som tidigare nämnts i avsnittet Introduktion är varje E-chip temperaturkalibrerat med hjälp av infraröd strålning (IR) avbildning från tillverkaren.
  4. Under Pump och rensning, se Förberedelse av experimentell installation.
  5. Under Gas Controlväljer du önskat gasnamn och dess sammansättning (t.ex. välj procent för varje gas) för experimentet.
  6. Under Temperaturväljer du önskad uppvärmningshastighet och måltemperatur för temperaturen av intresse för experimentet och trycker på Start-knappen.
  7. Börja flöda gasen genom att trycka på startknappen under gaskontrollsektionen.

6. på experimentet

  1. När reaktionen är klar, sluta flöda gasen, stäng av temperaturvredet och avsluta sessionen med hjälp av pump- och utrensningsproceduren (t.ex. beroende på reaktionen som utfördes, utför pump- och utrensningsproceduren från 100 Torr till 0,1 Torr 2-3 gånger).
  2. Innan ccgr-TEM-hållaren på plats tas bort från elektronmikroskopet, se till att hållarens tryck återförs till atmosfärstrycket.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Prover för MEMS-baserade gasreaktioner med slutna celler:
Direkt pulverdeposition genom droppgjutning från en kolloidal lösning och genom en mask
Beroende på vilket material som ska studeras finns det ett antal olika sätt att förbereda E-chips för in situ/operando CCGR-STEM-experiment. För att förbereda gascellen för katalysstudier krävs vanligtvis spridning av katalysatornanopartiklarna på E-chipet antingen från en kolloidal vätskeupphängning(figur 2A)eller direkt från själva torrpulvret (figur 2B). För grovare pulver kan det vara nödvändigt att krossa partiklarna (t.ex. med hjälp av mortel och mortel eller genom att placera pulvret mellan glasrutschbanor), så pulveraggregaten passar inom 5 μm-gapet mellan parade mikrochips ("sandwich") utan att skada SixNy-membranen. Vid användning av en vätskeupphängning resulterar nedfallet av pulver i bredare spridning som täcker ett större område av E-chipet, vilket ofta kräver en sekundär rengöring ("dammning") steg för att ta bort pulvret från guldkontakterna. Vid deponering av torrt pulver kan en mask användas för att direkt deponera pulver på önskad plats (t.ex. det elektrontransparenta SixNy-visningsområdet). I vår studie är de masker vi testade E-chips med borttagna SixNy membran och vätskecells spacerchip med borttagen SixNy-film. Eftersom den senare har en smalare öppning (50 x 250 μm) kan ett mer exakt nedfall uppnås direkt på membranvärmareområdet i E-chipet, och ingen ytterligare rengöring av guldkontakterna är nödvändig.

Mönstermask och legeringsdeposition
Nedfallet av katalysatorn på E-chipet är relativt enkelt jämfört med bulklegeringar. Eftersom nanostora partiklar av slumpmässiga legeringssammansättningar inte är lättillgängliga och krossning av legeringspulver i mikrostorlek också har varitproblematisk 6,gjordes utvärderingen av ytterligare en potentiell ny metod för att producera legeringsprover av kontrollerad sammansättning och geometri på gascelliga E-chipmembran33.

Grundidén för de strukturella legeringsproverna är att deponera "öar" (figur 2D) av önskat konstruktionsmaterial med hjälp av en lämplig ångdeponeringsteknik (t.ex. elektronstråleavdunstning, jonsputtring eller magnetronsputtring) där de elementära arterna deponeras direkt på E-chipmembranet (figur 3A) genom en mönstermask bestående av en rad ~ 2 μm diameterhål ( figur3). Mönstermasken kan tillverkas med FIB-frästeknik med hjälp av ett SixN y-distans-E-chip. Alternativt är det lättare att använda ett kommersiellt tillgängligt 50 nm tjockt SiN Microporous TEM Window, med en matris på 2 μm porer i en kiselnitridfilm i ett rutnätsmönster inom ett enda 500 x 500 μm membran (Materialförteckning)33 som mönstermask (Figur 3B-b). Som bilden visar är det möjligt att fästa ett SiN Microporous TEM-fönster på ett E-chip med borttaget SixNy-membran (figur 3B-a) och placera det direkt på E-chipet (figur 3C) i en säkert åtdragen E-chipfixtur (Figur 3D). Detta används för att skapa en perfekt justering av enheterna och hjälper till att isolera de avdunstade arterna till ett litet område på E-chipet (Figur 3C-c och 3C-d). Beroende på den kemiska sammansättningen av deponeringslegeringen / materialet har varje avdunstningsteknik (elektronstråleavdunstning, jonsputtring eller elektromagnetronsputtning) sina egna fördelar och nackdelar33, som inte kommer att åtgärdas här. Därför har idén om gasreaktorprovberedning genom ångfasdeposition genom en mönstermask på E-chipytan potential för vidareutveckling och experiment.

FIB-fräsning
E-chipberedning blir mer utmanande när man undersöker fasta material. Jämförbara studier av strukturella bulkmaterial kräver beredning av provet som en tunn skiva eller lamell med lämplig provtjocklek och geometri (t.ex. elektrontransparent och några mikron i sidled) som på något sätt kan fästas i E-chipmembranet. Denna process kan utföras med hjälp av FIB-fräsprocedurer och placera TEM-lamellen på SixNy-visningsområdet i SiC-värmemembranet(figur 2C-c)9,30,36,37 med förbehållet att konventionell gallium FIB-fräsning vanligtvis lämnar kvarvarande Ga, antingen som Ga implantation och/eller Ga segregering i vissa materialsystem (t.ex. inom korngränser och faser i Al och desslegeringar 38) på den malda ytan, vilket komplicerar reaktionsprocessen när dynamiska händelser behöver undersökas på atomnivå. Det är viktigt att utvärdera materialkänslighet för Ga penetration9. För att minimera Ga implantation och ytskador kan vi använda elektropolerade nålar, liknande de som används för atomsondtomografi, som sedan kan placeras på E-chipet (Figur 2C-d) med hjälp av FIB genom att fästa provet med W- eller Pt "tack"-punkterna 31. EDS-analysen bekräftar att ga implantation kan minskas/elimineras (figur 2C-d); Begränsningen av denna metod är dock provet. Endast nålformade prover kan beredas utan att utsätta området av intresse för Ga joner. Som ett alternativ kan nya Xe-plasma FIB användas för att förbereda tunn lamell utan Ga implantation. Till exempel kan elektrontransparent lamella från 3 mm elektropolerade skivor extraheras och placeras på E-chipet(figur 2C-e)vilket resulterar i ett stort område av provet utan problem i samband med ett återstående jonimplantationsimplantationsskikt (Xe är inert och tenderar inte att deponera på provytor. Det producerar också ett tunnare amorft lager (~ 1 nm) än de bästa FIB-procedurerna med en Ga-källa)34.

In situ reaktionsexperiment
För att fånga dynamiska händelser är det först nödvändigt att baka och pumpa ner systemet över natten. Under själva experimentet ansluts hållaren till gasgrenrörssystemet och pumpas och rensas flera gånger. Systemet pumpas ursprungligen ner två gånger från 100 Torr till 0,5 Torr och rensas med en inert gas (t.ex. N2, Ar); den tredje cykeln innebär att pumpa ner till 0.001 Torr. De inre förhållandena övervakas av ett RGA-system (Table of Materials), som är utrustat med en elektronmultiplikator10. RGA är integrerat i gaskontrollsystemet genom anslutning till retursidan av CCGR-TEM-hållaren(figur 4B). För att avlägsna kvarvarande vattenånga och andra gaser från RGA-kammaren används värmetejp som möjliggör bake-outs mellan experiment. Ett ultrahögt vakuum i RGA på < 2x10-8 Torr kan uppnås. En elektroniskt styrd läckageventil (LV) används för att styra mängden gas från hållaren och in i RGA-kammaren, och en returkapillaledning till grenröret isoleras från läckageventilen med en handventil (HV).

Ett exempel på de registrerade gasdeltrycken mätta i RGA-kammaren, CCGR-TEM-hållaren (LV öppen), grenröret (H1 öppet) och tank 1 (T1 öppen) före in situ-experiment visas i figur 4. Detta visar att även om natbakning, pumpning och rening utfördes under natten, finns det fortfarande en viss grad av restvattenånga. För experiment särskilt med vattenånga är det därför viktigt att fastställa baslinjen för systemets ursprungliga förhållanden och registrera de ursprungliga partiella trycken. För vårt system som visas i figur 4, det partiella trycket av vattenånga mätt hela vägen till tank 1 läser 1,1 x 10-7 Torr. Atommasspektrumet kontra det partiella trycket visar vattenångans topp vid 18 amu och når 1,1 x 10-7 Torr (Figur 3C). Genom att jämföra spektrumet med det från experimenten som innehöll O2 och vattenånga, finns det en betydande ökning av det partiella trycket (2,5 x 10-7 Torr) av toppen vid 18 amu. Observera att genom att ytterligare öppna läckageventilen införs mer gasflöde i RGA-kammaren där mätningar utförs. Det är viktigt att justera läckageventilen på ett sådant sätt att experimentet hålls konstant för att jämföra resultat mellan förhållanden. Gassammansättningsmätningar är möjliga när RGA-kammartrycket är i ≤10-5 Torr-sortimentet, vilket är mindre än en miljardde atmosfär på grund av jonernas höga reaktivitet och deras korta livslängd; Därför är trycket i RGA mycket lägre än inom gascellen.

Fastsättningen av vattenångetillförselsystemet på grenröret kräver att VDS rensas med inert gas tills det inte finns någon vätska (det är också viktigt att rengöra VDS direkt efter experimentet för att göra detta steg enklare) och hålla det rensat under anslutningen till grenröret. Innan VDS fylls med önskad vätska (t.ex. vatten, metanol eller etanol) pumpas först VDS ner till vakuum. Därefter tillsätts vätskan med en spruta och slangar. För att förbättra ångans kvalitet (med minskad syrehalt) kan den experimentella matningstanken fyllas med ångan och pumpas ner två eller tre gånger; Annars är den klar att användas.

Gaskontrollprogramvaran vägleder användaren genom inställningarna under alla faser av experimentet. I början måste rätt gaser och tryck väljas. E-chippets motstånd måste kontrolleras för att säkerställa att E-chipet inte skadades vid belastning i CCGR-TEM-hållaren. I grenröret finns två matningstankar (tank 1 och tank 2) som håller och levererar gas med en slutlig komposition för reaktionen. Önskad gassammansättning kan erhållas genom att blanda mediet direkt i en av tilluftstankarna (tank 1 eller tank 2 i figur 1D och 4B). Grenrörssystemet har tre portar som för gaser till grenröret. Men om mer än tre gaser önskas blandas måste en eller flera av ingångslinjerna delas upp. Alternativt, om gassammansättningen är mycket komplicerad, bör förblandade gaser användas, vilket gör att de blandas under experimentet med önskad ångkomposition.

Efter att ha satt önskad gassammansättning för in situ-experimentet kommer gaskontrollprogramvaran först att införa den lägre procentuella gasen; sedan efter att ha nått önskat tryck kommer det att mata in den andra gasen i matningstanken. Efteråt, beroende på experimentet, kan gasen föras in i gascellen vid antingen rumstemperatur eller efter uppvärmning av provet till önskad temperatur vid en viss/önskad uppvärmningshastighet. Detta beror på varje användares experiment. Uppvärmningen kan ske i ett vakuum, under inert gas eller under den förblandade gasen som kommer att användas i experimenten. När gasen behöver bytas under experimentpumpas systemet ner och renas med inert gas för att undvika risk för blandning av två inkompatibla gaser.

I allmänhet finns det liten eller ingen drift i x- och y-riktningarna under experimenten, men under uppvärmning och/eller tryckförändringar observeras betydande variation i provexemplarets höjd (vilket utgör en utmaning att fånga in inledandet av en reaktion). Om möjligt, värm till önskad temperatur under vakuum eller inert gas, justera alla inriktningar och introducera sedan gasmedierna. Experiment under 200 °C är också utmanande med den slutna cellen på grund av förorening som byggs upp på ytan av E-chip-visningsområdet.

Som ett exempel fångades utvecklingen av pt nanopartiklarnas yta på ett TiO2-stöd när den utsattes för 100% vattenånga vid 17 Torr vid 300 °C (figur 5). De strukturella förändringarna i Pt-partikeln och omorganiseringen av strukturen för att exponera {111} ytor (figur 6) observerades (figur 6A jämfört med figur 6B jämfört med figur 6C).

Figure 1
Figur 1:E-chip ihopparad enhet med CCGR-TEM-hållare. (A) Par MEMS-baserade kiselmikrochipenheter (distanschip och E-chip (värmare)) för in situ CCGR-STEM-experiment. B)Schematisk ccgr-TEM-hållare med parade mikrochipanordningar som säkras med en klämma. c)Tvärsnitt av CCGR-TEM-hållarens spets som visar E-chip som placeras ovanpå distanschipet och skapar den slutna cellen (sandwich) som isolerar miljön runt provet från TEM-kolonnen. D)Närmare sikt över grenröret som omsluter tre gasledningar på sidan, två experimentella gastillförseltankar och en mottagningstank för gasflödeskontroll under försöket. (Bilder från CCGR-systemtillverkaren). Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 2
Figur 2:Exempel på olika depositionsmetoder för att förbereda prover på E-chipet. (A) E-chip med katalysator deponerad genom drop-casting från en kolloidal lösning. (B) E-chip efter torr pulverdeposition med två olika masker (a) E-chip med borttaget SixNy-membran och b) flytande cell E-chip med borttaget SixNy-membran. c)E-chip som beredsav a)fib-fräsprocedurer av standard och placering av FIB-lameller på Transparenta visningsområden för SixNy-elektron, b) elektropolerad nål, c) elektrontransparent av ett korn i en 3 mm elektropolerad skiva som extraherats av Xe-plasma FIB och placerats på E-chip. D)Högre förstoringsbild av E-chip med legering deponerad genom mönstermask. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 3
Figur 3:E-chipberedning med hjälp av sputtringsteknik. B) Mönstermask tillverkad av flytande cell E-chip med SixNy-membran borttaget och 50 nm tjockt SiN Microporous TEM Window (B-a), med matriser på 2 μm porer i kisel ni i ett rutnätsmönster inom ett enda membranfönster på 500 x 500 μm 34 som överlappar öppningen av vätskecellsmikrochipet (B-b). (C) Mönstermask direkt placerad på E-chipet(C-c)med högre förstoringsbild som visar inriktningen av SixNy-visningsområdet med 50 x 250 μm öppning i flytande cell E-chip som är täckt med SiN Microporous TEM Window (3C-d och även 3B-b). D)E-chip tvärsnitt inom fixturen(D-e),övre vyn(D-g)och (D-f) närbild av mönstermasken i E-chip-fixturen. E-chip fixture håller mönstermask placerad på E-chip på ett säkert sätt under deposition av ångfas. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 4
Figur 4: Mätning av gassammansättningar med hjälp av en restgasanalysator. (A) Exempel på partiella gastryck mätta i RGA-kammaren, CCGR-TEM-hållare (LV öppen), grenrör (H1 öppen) och tank 1 (T1 öppen) före in situ-experiment. B)Schemat för gaskontrollprogramvaran som visar platser för RGA-mätningar före experiment. (C) Masspektra som genereras i ett vakuum före experimentet (rött) med vattenångstopp vid 18 amu som når 1,1 x 10-7 Torr och under experimentet (blått) med en blandning av O2 med vattenånga som visar en ökning av det partiella trycket för OH, H2O och O2. RGA bekräftar närvaron av vattenånga i in situ sluten cell. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 5
Figur 5:Mätning av vattenångahalten. (A) Schematisk av gaskontrollprogramvaran som visar ett exempel på 100% vattenånga som introducerats i tank 1 med testparametrar registrerade av gaskontrollsystemet vid rumstemperatur före experimentet. B)Gas partiellt tryckspektra som förvärvats med RGA före (röd) och under (blå) reaktion med 100 % vattenånga vid 17 Torr och 300 °C. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: Experimentella resultat av exponeringseffekter av vattenånga på Pt nanopartiklars struktur. (A-C) BF-STEM bilder som visar den rekonstruerade ytan av en Pt nanopartiklar på TiO2 stöd när de utsätts för 100 % vattenånga vid 17 Torr och 300 °C. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I det nuvarande arbetet demonstreras ett tillvägagångssätt för att utföra STEM-reaktioner på plats med och utan vattenånga. Det kritiska steget inom protokollet är E-chipberedning och upprätthållande av dess integritet under belastningsproceduren. Begränsningen av tekniken är a) provexemplarets storlek och dess geometri för att passa det nominella gapet på 5 μm mellan parade (MEMS)-baserade kiselmikrochipenheter samt b) ett totalt tryck som används i experimenten med vattenånga eftersom det högsta totala trycket beror på mängden vattenånga6. Betydelsen av denna metod med avseende på befintliga metoder är att vi kan utföra operandoexperiment, det vill säga vi analyserar exemplaren under verkliga förhållanden, aktiverade av ett RGA-system som bekräftar/övervakar experimentella förhållanden. Dessutom finns det möjligheter för framtida tillämpningar av tekniken till olika materialsystem som kan kräva olika metoder och förfaranden för provdeponering på E-spånvärmare.

E-chippreparatet visas i figur 2, som belyser fyra olika provberedningsmetoder. (1) Direkt pulverdeponering genom droppe gjuten från kolloidal lösning, (2) direkt pulverdeponering genom mask, (3) direkt EBID/IBID eller magnetronsputtring med mönstrade masker och (4) FIB-fräsning. Pulverdepositionen bör endast omfatta pulver med partiklar eller aggregat som är mindre än 5 μm tjocka för att passa inom det nominella gapet på 5 μm mellan parade mikrochips för att förhindra skador på SixNy-visningsfönstren 2,6. Forskare som utför nedfall genom avdunstningsmetoder bör justera parametrarna enligt elementär sammansättning, temperatur och fuktighet och bör minimera syrenivån. Provberedning med FIB-fräsning kräver att användarna är extremt försiktiga för att förhindra skador på SixNy-membranet. Ga implantation kan också förändra legering kemi och påverka ytan diffusion. Oavsett vilken E-chipprovmetod som väljs krävs efter provdeponering undersökning av E-chipet med hjälp av ljusoptisk mikroskopi och resistansmätningar för att verifiera E-chipintegriteten innan in situ-experimenten påbörjas.

Detta protokoll för in situ CCGR-STEM-studier ger nya möjligheter att visualisera gasreaktioner i nanoskala medan de inträffar och under realistiska förhållanden (temperatur, tryck och gassammansättning). Nu är det möjligt att avslöja dynamiska förändringar i ytatomer och gränssnitt och att förstå hur ytsammansättningen och strukturen kan styras med externa medel7. Till exempel var de strukturella förändringarna i Pt-partikeln och omorganiseringen av dess struktur för att exponera {111} ytor (figur 6) förknippade med mindre formförändringar (figur 6A jämfört med figur 6B jämfört med figur 6C). Katalytisk prestanda bestäms av interfaciala reaktioner som uppstår vid platsspecifika katalysatorgränssnitt, och in situ-mikroskopi hjälpte till att avslöja gasytans fenomen under vattenånga i Pt / TiO2 katalysforskning. Dessutom bidrar det experimentella protokoll som presenteras här också till en förbättrad förståelse för in situ-gasreaktionsprocessen genom att övervaka gassammansättningen med hjälp av en RGA. Detta är viktigt på grund av behovet av att korrelera gassammansättningens roll med strukturella och kemiska förändringar som det material som studeras genomgår som en direkt effekt av miljöexponering.

Sammanfattningsvis kan ccgr-STEM-studier på plats möjliggöra undersökning av deaktivering eller regenerering av katalysatormaterial via avbildning och spektroskopi samt undersökning av kemiska och morfologiska förändringar under gasreaktioner på bulklegeringsmaterial. Sådana studier gör det också möjligt att identifiera minimitemperaturen för initiering av t.ex. regenereringsreaktionen och/eller den maximala temperaturen för reaktionen, liksom arten av grovbearbetning av metallpartiklar som stöds från vilka kinetisk information kan extraheras. Dessa studier ger en direkt koppling till aktuella beräkningsmodeller som förutsäger reaktionsvägen, men inte tid när det kommer att hända, vilket är viktigt för materialoptimering. Potentialen i detta miljöprotokoll för sluten gasreaktion kan utvidgas till ett antal olika material i kombination med kvantitativa spektroskopitekniker som elektronenergiförlustspektroskopi39 och energidispersiva röntgenspektroskopi5,6 för att identifiera kemiska sammansättningar och / eller oxidationstillståndsförändringar. Dessutom är detta bara början på en ny förmåga som skapar en avancerad möjlighet till materialkaraktärisering under en mängd olika realistiska förhållanden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga intressekonflikter.

Detta manuskript har författats av UT-Battelle, LLC under Kontrakt Nr. DE-AC05-00OR22725 med U.S. Department of Energy. Förenta staternas regering behåller och utgivaren, genom att acceptera artikeln för publicering, erkänner att Usa:s regering behåller en icke-exklusiv, betald, oåterkallelig, världsomspännande licens för att publicera eller reproducera den publicerade formen av detta manuskript, eller tillåta andra att göra det, för amerikanska regeringens ändamål. Energidepartementet kommer att ge allmänheten tillgång till dessa resultat av federalt sponsrad forskning i enlighet med DOE Public Access Plan (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan).

Acknowledgments

Denna forskning sponsrades främst av Laboratory Directed Research and Development Program of Oak Ridge National Laboratory (ORNL), som förvaltas av UT-Battelle LLC, för U.S. Department of Energy (DOE). En del av utvecklingen för att introducera vattenånga i in situ-gascellen sponsrades av U.S. DOE, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, Bio-Energy Technologies Office, under kontrakt DE-AC05-00OR22725 (ORNL) med UT-Battle, LLC, och i samarbete med Chemical Catalysis for Bioenergy (ChemCatBio) Consortium, medlem i Energy Materials Network (EMN). Detta arbete författades delvis av National Renewable Energy Laboratory, som drivs av Alliance for Sustainable Energy, LLC, för U.S. DOE under kontrakt nr. DE-AC36-08GO28308. En del av mikroskopin utfördes vid Center for Nanophase Materials Sciences (CNMS), som är en DOE Office of Science User Facility. Tidig utveckling av IN SITU STEM-funktioner sponsrades av Propulsion Materials Program, Vehicle Technologies Office, U.S. DOE.  Vi tackar Dr. John Damiano, Protochips Inc., för användbara tekniska diskussioner. Författarna tackar Rosemary Walker och Kase Clapp, ORNL production team, för stöd med filmproduktion. De åsikter som uttrycks i denna artikel representerar inte nödvändigtvis DOE: s eller den amerikanska regeringens åsikter. Den amerikanska regeringen behåller och utgivaren, genom att acceptera artikeln för publicering, erkänner att den amerikanska regeringen behåller en icke-exekutiv, betald, oåterkallelig, världsomspännande licens för att publicera eller reproducera den publicerade formen av detta arbete, eller tillåta andra att göra det, för amerikanska regeringens ändamål.

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

Teknik utgåva 173 in situ-reaktion, scanning transmissionselektronmikroskopi sluten cellgasreaktion CCGR gasflöde vattenånga restgasanalysator masspektra strukturella material katalys Pt/TiO2
Utföra <em>in Situ</em> slutna-cell gasar reaktioner i överföringselektronmikroskopet
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