原位透射電鏡的應用
原位透射電鏡得到巨大的發展，為材料科學家、化學家提供了一種原子尺度下，原位觀察材料化學反應和轉變的新方法。隨著原位透射電鏡的發展，科學家也可利用其進一步理解納米材料化學反應的機理。
原位透射電鏡的作用
對比其他原位表征手段，原位透射電鏡具有高的分辨率，可與其他技術聯用等優勢，引起研究者們的廣泛關注。原位透射電鏡在材料合成，化學催化，生命科學和能源材料領域有著重要的應用，可以通過在原子尺度下實時觀察和控制氣相反應和液相反應的進行，從而研究反應的本質機理。
氣相和液相化學反應在材料科學和工程中涉及到各種領域的研究，如材料傳感器、能源的存儲與轉化、化學催化等。環境透射電鏡(ETEM)因其超高的空間分辨率為原位觀察氣相、液相化學反應提供了一種重要的方法。研究者們利用原位透射電鏡(in situ TEM)進一步理解化學反應的機理和納米材料的轉變過程，以期望從化學反應的本質理解、調控和設計材料的合成。通過外部引入光、電、熱信號，從而實現原位觀察氣相、液相反應的材料行為和反應機理。通過與其他技術的聯用，如光譜、氣相色譜、GX液相色譜等，實現化學反應動態、定量定性的原位觀測。目前，原位電子顯微技術已在材料合成、化學催化、能源應用和生命科學領域發揮著重要作用。
原位透射電鏡在氣相反應的應用
氣相反應因其在多領域的應用引起人們的廣泛關注。很多化學反應是在催化劑輔助下，氣相條件下發生的。對于納米材料和生物分子，原位透射電鏡觀察可以得到更多重要的信息。因此，原子尺度下原位研究氣相反應，特別是氣固界面的反應，可以幫助研究者們進一步理解材料的合成，性能及用途。
1、原位觀察氣固液生長納米線
在氣固液反應過程中，氣相擴散提供前體物質，形成液體共熔體，再生長成納米晶種，Z后生長成納米線。而金屬氧化物的納米線生長機理有別于此。CuO納米線的生長通過末端層層生長形成。
2、奧斯瓦爾德熟化
顆粒基納米材料具有很高的活性，隨著反應的進行，由于燒結熟化過程中表面活性能的巨大損失，顆粒逐漸消失。其就表現出大的顆粒越來越大，小的顆粒越來越小，Z后消失的現象。
3、氣相CO氧化
金屬及其氧化物被廣泛用于CO的催化氧化反應。在氧化過程中，在納米顆粒表面主要發生如下現象：由于氧氣擴散進入材料中，在次外層形成氧化層;由于催化劑優先吸附CO分子，熱力學驅動納米材料表面重組。催化劑表面的反應氣體會改變催化劑表面對氣體的吸附，進一步改變其表面能，從而使納米顆粒發生表面重組。
4、光催化降解水
研究者們通過透鏡或光纖在原位透射電鏡中引入光學信號，從而實現原位觀察納米材料在光催化過程中的變化。TiO2光催化降解水的過程中，暴露在外面的晶面會從有序狀態逐漸變為無序的。通過XPS的分析，在TiO2無定形表面層監測到Ti3+組分，表明TiO2光催化降解水的過程中，涉及到TiO2的氧化還原過程。
原位透射電鏡在液相反應的應用
原位透射電鏡可以在納米尺度下觀察液體中的化學反應，得到了巨大發展。原位透射電鏡已經在材料合成、生命科學和能源材料領域得到了運用。
1、高能電子束對液相原位透射電鏡的影響
原位透射電鏡在觀察液相反應時，高能電子束的散射作用比氣相反應中更明顯，研究者們為減少其散射，提高分辨率做了大量工作。此外，電子束穿過液體池時，還有可能也液相分子相互作用，產生各種各樣的副產物。以水為例，其可能產生H2、H2O2、H3O+和 HO2-，從而發生人們所不想要的化學反應。
2、原位透射電鏡在材料合成領域的應用
研究者們利用原位透射電鏡觀察到了多種納米材料形成的過程：①在納米材料的生長成核過程中，有直接從晶核生長形成的，也有先形成晶簇，通過晶簇間的相互作用形成的;②納米粒子相互連接，進一步形成納米材料;③形成納米線或納米棒時，發生的是定向聯結的過程;④形成納米核殼結構時，可能發生的是層層生長，孤立生長或者層與特定層間的相互作用;⑤形成納米立方體時，會發生比較明顯的晶面選擇性生長;⑥納米材料與特定離子的作用會發生選擇性刻蝕。
3、原位透射電鏡在生命科學領域的應用
研究者們通過重金屬納米顆粒標記生物樣品，如蛋白、細胞等，利用原位透射電鏡觀察其在液體中的行為，而且也可以用半導體納米粒子代替重金屬顆粒，如量子點。通過類似的方法，研究者還原位觀察到液體相中蛋白質為模版生成氧化鐵的成核過程。
4、原位透射電鏡在能源材料領域的應用
在發展儲能材料中，觀察化學反應的細節對于優化和設計材料的合成是至關重要的。研究者們可以利用原位透射電鏡觀察鋰離子電池的穩定性，在通電過程中，觀察到了電極材料的局部缺陷。對于燃料電池，研究者們利用原位透射電鏡觀察燃料電池運行過程中，催化劑的變化過程，提出了三類的降解機理：①碳腐蝕;②團聚;③鉑的溶解與再生長。
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