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Nature子刊等高水平文章神器——納米光譜與成像系統(tǒng)
neaSCOPE是德國neaspec公司推出的全新一代散射式近場光學(xué)顯微鏡（簡稱s-SNOM）。neaSCOPE基于散射式核心設(shè)計技術(shù)，不依賴于入射激光的波長，很大程度上提高了光學(xué)分辨率，能夠在可見、紅外和太赫茲光譜范圍內(nèi)，提供優(yōu)于10 nm空間分辨率的光譜和近場光學(xué)圖像。neaSCOPE同時支持s-SNOM功能與納米紅外（nano-FTIR）、針尖增強拉曼（TERS）、超快光譜（Ultrafast）和太赫茲光譜（THz）進(jìn)行聯(lián)用，實現(xiàn)高分辨光譜和成像。由于其高度的可靠性和可重復(fù)性，neaSCOPE已成為納米光學(xué)領(lǐng)域熱點研究方向的優(yōu)選科研設(shè)備，在等離子激元、二維材料聲子極化、半導(dǎo)體載流子濃度分布、生物材料紅外表征、電子激發(fā)及衰減過程等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。本文將概述neaSCOPE在不同領(lǐng)域發(fā)表的高水平文獻(xiàn)。 
一、高效有機(jī)光伏材料nature materials
對于有機(jī)光伏材料來說，在納米尺度上的供受體結(jié)構(gòu)域的形貌控制是提高其激子的擴(kuò)散和解離、以及載流子的傳輸和復(fù)合損耗抑制效率的關(guān)鍵所在。本文展示了一種基于多個不同長度尺度的三元供受體形貌生成的雙原纖維網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)形貌是通過輔助共軛聚合物結(jié)晶器和非富勒烯受體絲組裝結(jié)合使用得到的。本研究的關(guān)鍵點在于使用neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)對雙原纖維網(wǎng)絡(luò)PM6/L8-BO有強烈紅外信號對比度的1648/1532 cm-1波段進(jìn)行納米級的紅外成像。在此之上，通過對橫跨圖像的線方向進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，文章估算出其材料的供體與受體原纖維的直徑分別為22.1 nm和 22.6 nm。并就此得出結(jié)論：其供受體結(jié)構(gòu)域這種較低的混合體積導(dǎo)致材料擁有了較低的配對重組率和較高的填充因子。
綜上所述，通過利用這種雙原纖維網(wǎng)絡(luò)的形貌結(jié)構(gòu)，該研究將損耗最小化，能力輸出最丶大化，使得在單結(jié)有機(jī)光伏材料中獲得20%的能量轉(zhuǎn)換效率成為了一種可能。
二、催化劑的分子特性J. Am. Chem. Soc.
明確地鑒別催化劑中毒的類別需要具有納米級空間分辨率和提供吸附物的吸附位點和其吸附幾何形狀的詳細(xì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)的準(zhǔn)確信息。時至今日，不通過犧牲化學(xué)特性就在納米級尺度上研究金屬/金屬氧化物界面的催化劑硫中毒還是一項非常困難的工作。本研究利用納米傅里葉紅外光譜和掃描式近場光學(xué)顯微鏡（nano-FTIR & s-SNOM）在納米尺度上鑒定了基于Pd（納米盤）/Al2O3(薄膜)平面模型催化劑表面上的硫基催化劑中毒的化學(xué)性質(zhì)、吸附位點和吸附幾何形狀。在此之上，本研究揭示了對于單個Pd納米粒子來說，即使只是所用的硫酸鹽種類有納米顆粒之間的不同，也會使硫中毒有所不同甚至產(chǎn)生巨大的變化。
nano-FTIR & s-SNOM提供關(guān)鍵的分子級視角對于開發(fā)具有更長壽命的高性能多相催化劑至關(guān)重要。
三、固態(tài)電池Nature Communications
固態(tài)電池因其各種各樣的優(yōu)勢（比如更高的安全性和能量密度），擁有顯著影響能源存儲行業(yè)的潛力。不過，電極/電解質(zhì)界面的物理化學(xué)性質(zhì)和過程仍然是其需要面對的挑戰(zhàn)。因此，對此類界面的原位表征以及對催化工程方案的科學(xué)性理解的揭示變得十分需要。在本研究中，作者利用了各種尺度的原位顯微鏡（光學(xué)、原子力和紅外近場）以及納米傅里葉紅外光譜nano-FTIR對電化學(xué)操作生成的石墨烯/固體聚合物電解質(zhì)界面進(jìn)行了無損表征。作者發(fā)現(xiàn)固體聚合物電解質(zhì)固有的納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)異質(zhì)性在鍍鋰和脫鋰的過程中引發(fā)了一系列額外的納米級界面異質(zhì)性；這其中包括鋰離子電導(dǎo)率、電解質(zhì)分解和界面形成的異質(zhì)性。
四、納米系統(tǒng)的光電特性Applied Surface Science
碳納米管（CNTs）, 石墨烯納米帶, 以及過渡金屬二硫?qū)倩铮═MDCs）等納米尺度系統(tǒng)的光電特性是由它們的介電函數(shù)決定的。這個復(fù)雜的與頻率相關(guān)的函數(shù)受激子共振、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)、摻雜、樣品的應(yīng)力和應(yīng)變以及其表面粗糙度影響。對于此介電函數(shù)的了解使科學(xué)家能夠探知材料的透射和吸收特性。在本研究中，研究者使用掃描式近場光學(xué)顯微鏡s-SNOM相關(guān)的技術(shù)提取了局部區(qū)域介電變化的數(shù)據(jù)。并在此之上，將s-SNOM測量的結(jié)果與空間分辨光致發(fā)光（PL）光譜和開爾文探針力顯微鏡(KPFM)測量的結(jié)果相關(guān)聯(lián)。
將s-SNOM與局域光致發(fā)光結(jié)果相關(guān)聯(lián)是識別和表征層間激子的有力工具。這種新穎的方法也開始在低維系統(tǒng)（碳納米管和石墨烯納米帶）上得以應(yīng)用。
neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)
一、高效有機(jī)光伏材料nature materials
對于有機(jī)光伏材料來說，在納米尺度上的供受體結(jié)構(gòu)域的形貌控制是提高其激子的擴(kuò)散和解離、以及載流子的傳輸和復(fù)合損耗抑制效率的關(guān)鍵所在。本文展示了一種基于多個不同長度尺度的三元供受體形貌生成的雙原纖維網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)形貌是通過輔助共軛聚合物結(jié)晶器和非富勒烯受體絲組裝結(jié)合使用得到的。本研究的關(guān)鍵點在于使用neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)對雙原纖維網(wǎng)絡(luò)PM6/L8-BO有強烈紅外信號對比度的1648/1532 cm-1波段進(jìn)行納米級的紅外成像。在此之上，通過對橫跨圖像的線方向進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，文章估算出其材料的供體與受體原纖維的直徑分別為22.1 nm和 22.6 nm。并就此得出結(jié)論：其供受體結(jié)構(gòu)域這種較低的混合體積導(dǎo)致材料擁有了較低的配對重組率和較高的填充因子。
綜上所述，通過利用這種雙原纖維網(wǎng)絡(luò)的形貌結(jié)構(gòu)，該研究將損耗最小化，能力輸出最丶大化，使得在單結(jié)有機(jī)光伏材料中獲得20%的能量轉(zhuǎn)換效率成為了一種可能。
Zhu et al., nature materials 21, 656 (2022)
二、催化劑的分子特性J. Am. Chem. Soc.
明確地鑒別催化劑中毒的類別需要具有納米級空間分辨率和提供吸附物的吸附位點和其吸附幾何形狀的詳細(xì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)的準(zhǔn)確信息。時至今日，不通過犧牲化學(xué)特性就在納米級尺度上研究金屬/金屬氧化物界面的催化劑硫中毒還是一項非常困難的工作。本研究利用納米傅里葉紅外光譜和掃描式近場光學(xué)顯微鏡（nano-FTIR & s-SNOM）在納米尺度上鑒定了基于Pd（納米盤）/Al2O3(薄膜)平面模型催化劑表面上的硫基催化劑中毒的化學(xué)性質(zhì)、吸附位點和吸附幾何形狀。在此之上，本研究揭示了對于單個Pd納米粒子來說，即使只是所用的硫酸鹽種類有納米顆粒之間的不同，也會使硫中毒有所不同甚至產(chǎn)生巨大的變化。
nano-FTIR & s-SNOM提供關(guān)鍵的分子級視角對于開發(fā)具有更長壽命的高性能多相催化劑至關(guān)重要。
J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8848?8860
三、固態(tài)電池Nature Communications
固態(tài)電池因其各種各樣的優(yōu)勢（比如更高的安全性和能量密度），擁有顯著影響能源存儲行業(yè)的潛力。不過，電極/電解質(zhì)界面的物理化學(xué)性質(zhì)和過程仍然是其需要面對的挑戰(zhàn)。因此，對此類界面的原位表征以及對催化工程方案的科學(xué)性理解的揭示變得十分需要。在本研究中，作者利用了各種尺度的原位顯微鏡（光學(xué)、原子力和紅外近場）以及納米傅里葉紅外光譜nano-FTIR對電化學(xué)操作生成的石墨烯/固體聚合物電解質(zhì)界面進(jìn)行了無損表征。作者發(fā)現(xiàn)固體聚合物電解質(zhì)固有的納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)異質(zhì)性在鍍鋰和脫鋰的過程中引發(fā)了一系列額外的納米級界面異質(zhì)性；這其中包括鋰離子電導(dǎo)率、電解質(zhì)分解和界面形成的異質(zhì)性。
He et al.. Nature Communications 13. 1398 (2022)
四、納米系統(tǒng)的光電特性Applied Surface Science
碳納米管（CNTs）, 石墨烯納米帶, 以及過渡金屬二硫?qū)倩铮═MDCs）等納米尺度系統(tǒng)的光電特性是由它們的介電函數(shù)決定的。這個復(fù)雜的與頻率相關(guān)的函數(shù)受激子共振、電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)、摻雜、樣品的應(yīng)力和應(yīng)變以及其表面粗糙度影響。對于此介電函數(shù)的了解使科學(xué)家能夠探知材料的透射和吸收特性。在本研究中，研究者使用掃描式近場光學(xué)顯微鏡s-SNOM相關(guān)的技術(shù)提取了局部區(qū)域介電變化的數(shù)據(jù)。并在此之上，將s-SNOM測量的結(jié)果與空間分辨光致發(fā)光（PL）光譜和開爾文探針力顯微鏡(KPFM)測量的結(jié)果相關(guān)聯(lián)。
將s-SNOM與局域光致發(fā)光結(jié)果相關(guān)聯(lián)是識別和表征層間激子的有力工具。這種新穎的方法也開始在低維系統(tǒng)（碳納米管和石墨烯納米帶）上得以應(yīng)用。
Applied Surface Science 574 (2022) 151672
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