成像在固体电解质界面处累积电荷

电荷及其运输是电子设备，电池和生物系统功能的组成部分。在固体电极和含有携带电荷的离子的电解质溶液之间的界面处累积的电荷可以影响电极 - 电解质相互作用以及诸如腐蚀和分子粘附的过程。因此，重要的是要获得这些界面上累积电荷的清晰图像，以提高我们对各种系统中界面现象的理解。然而，在界面处对累积电荷的三维(3D)空间分布进行成像是困难的，因为测量固 - 液界面处的横向电荷分布是具有挑战性的。

位于金泽大学的一个团队开发了一种称为3D开环电位显微镜(OL-EPM)的显微镜方法，以显示电极和电解质之间界面处的真实空间电荷分布。研究人员首先通过优化现有的二维OL-EPM技术开发了3D OL-EPM。

“传统的OL-EPM受到样品与显微镜尖端和悬臂之间远距离相互作用的影响，”第一作者Kaito Hirata说。“我们通过改进用于计算OL-EPM潜力的公式来最小化这种影响。”

这些改进的方程能够从测量数据中减去作用在显微镜尖端和悬臂上的长程力。结果，观察到源自在双电层中累积的电荷的短程力作为局部表面电位的变化。使用具有不同电荷累积行为的两个电极确定改进的方程式计算界面电荷分布的能力。使用改进的OL-EPM方程成功捕获了两个电极处的相反电荷累积特性。

然后将改进的OL-EPM方法与3D尖端扫描技术相结合以提供3D OL-EPM。该团队使用3D OL-EPM可视化铜线电极和盐电解质之间界面处的电荷累积。获得的结果提供了关于电极 - 电解质界面处的电荷分布的有价值的信息。

“我们可以使用3D OL-EPM来研究电极 - 电解质界面的电化学反应和局部溶液条件，”相应的作者Takeshi Fukuma解释道。“从这些实验中获得的信息对于电化学，电子学和生物学等领域非常重要。”

获得有关电活性界面纳米级电荷分布的真实空间数据的能力有望增加我们对界面现象的理解，并有助于电子和电池研究的进展。