CATALISIS

Aplicación de análisis de microscopías para catalizadores de óxido

Entre todas las aplicaciones de escaneo microscopías de sonda, los que se centran específicamente en los óxidos han mostrado el interés más creciente en los últimos tres años. Avances notables se han hecho en cuatro campos de aplicaciones: la obtención de imágenes de la topografía de óxidos con alta resolución vertical, la identificación de los sitios catalíticos en la escala atómica, una comprensión del comportamiento catalítico de óxidos en la escala micrométrica y la aplicación analítica de escanear microscopías de sonda a los óxidos.

Recordatorio sobre los diferentes microscopías de sonda de barrido (SPM)

En una amplia gama de campos científicos, 'microscopías de sonda de barrido' (SPM) proporcionan una gran cantidad de información sobre la naturaleza de las superficies, su topografía y su composición química y la estructura electrónica. El término «microscopías de sonda de barrido ', también llamados con frecuencia" fuerza microscopies escaneo "(SFM), se aplica a una clase de varios instrumentos con arquitecturas y características similares. Su principio común consiste en imágenes de una muestra sobre la base de una interacción entre su superficie y una punta afilada (a veces llamado un 'sonda'), que es ideal monoatómico apical y colocado muy cerca a la superficie. La sonda se escanea por el microscopio través de la superficie de la muestra de una manera controlada usando escáneres piezoeléctricos, tomando medidas de la interacción a intervalos regulares. Debido a la alta sensibilidad de las sondas y la capacidad posicional precisa de los instrumentos, microscopías de sonda de barrido ofrecen la posibilidad de obtener mediciones espaciales altamente resueltos que se extiende, para algunos de ellos, a la "resolución atómica '.

Diferentes SPM se puede distinguir en función de la naturaleza de la interacción seleccionado para obtener imágenes de la muestra.

Para resumir, esta selección está realmente relacionado principalmente a la elección del tipo de punta y de la distancia de funcionamiento entre la punta y la superficie de la muestra durante la medición. 'Microscopía de efecto túnel de barrido' (STM) consiste en medir la corriente túnel inducida entre la muestra y la punta después de aplicar una tensión de polarización. Los consejos de MCI son conductores y se escanean a -10 A por encima de la superficie. Debido a la dependencia exponencial de la corriente túnel con la distancia de punta a la muestra, STM ofrece la posibilidad de obtener imágenes de la topografía de conductores y semiconductores con una sensibilidad notable, a saber, una precisión espacial por debajo de la angstrom. Cuando se opera el microscopio en el modo de "exploración túnel espectroscopia '(STS), uno imágenes, de una manera más analítico, la muestra sobre la base de la probabilidad de túneles (de los electrones para hacer un túnel entre la punta hacia la muestra en cualquier dirección) en los diferentes lugares a través de la superficie [l-3].

En 'microscopía de fuerza atómica' (AFM), las puntas se montan en voladizos constantes bajas de primavera y son indistintamente conductora o no, y en el caso de 'modo de contacto' AFM, se escanean a - 1 A por encima de la superficie de la muestra. Con esta configuración, la interacción entre la punta y la superficie se debe principalmente a las fuerzas de repulsión de corto alcance de van der Waals. Durante la exploración, éstas hacen que el voladizo se doble para dar cabida a los cambios en la topografía. La imagen de la superficie se construye mediante la detección de la distorsión de la palanca. Trabajar con los mismos consejos, pero el cambio a un 50-100 A distancia de funcionamiento, el microscopio está sintonizada para monitorear el atractivo van a larga distancia der Waals asociadas a AFM "modo sin contacto '(NC-AFM). Para ambos modos AFM, se obtienen subAngstrom resoluciones verticales topográficos [2,4,5]. Tapping 'AFM (también llamado "modo AFM intermitente') es una variación de contacto AFM operado con voladizos oscilante con una amplitud del orden de 1.000 A de tal manera que la punta toca intermitentemente la superficie de la muestra [6].

En esta etapa en la revisión, me gustaría para que apunte a cabo la cautela requerido en la interpretación de el contraste en imágenes SPM. A menudo parece fácil y "natural" de relacionar directamente el contraste SPM con la topografía de la muestra. Esto es aceptable para la mayoría de las grandes exploraciones AFM - para el que la topografía es el principal origen de contraste - sin embargo, se demuestra que es menos evidente cuando se trata de pequeñas exploraciones de imagen, en particular, las exploraciones a escala atómica, y completamente errónea cuando se trata de STM. La razón esencial para esto es que los contrastes SPM se construyen sobre la base de la intensidad de la interacción entre la punta y la muestra en diferentes lugares en la superficie. Uno tiene que considerar en realidad una imagen SPM como "no más" de una representación en 3D (un gráfico 3D) de esta interacción en la superficie en lugar de su verdadero punto de vista topográfico como en imágenes de microscopía convencionales. En el caso de STM, los de tunelización resultados actuales a partir de el solapamiento de la probabilidad de la presencia de electrones en la superficie de la muestra y en el ápice de la punta.

En esta etapa en la revisión, me gustaría para que apunte a cabo la cautela requerido en la interpretación de el contraste en imágenes SPM. A menudo parece fácil y "natural" de relacionar directamente el contraste SPM con la topografía de la muestra. Esto es aceptable para la mayoría de las grandes exploraciones AFM - para el que la topografía es el principal origen de contraste - sin embargo, se demuestra que es menos evidente cuando se trata de pequeñas exploraciones de imagen, en particular, las exploraciones a escala atómica, y completamente errónea cuando se trata de STM. La razón esencial para esto es que los contrastes SPM se construyen sobre la base de la intensidad de la interacción entre la punta y la muestra en diferentes lugares en la superficie. Uno tiene que considerar en realidad una imagen SPM como "no más" de una representación en 3D (un gráfico 3D) de esta interacción en la superficie en lugar de su verdadero punto de vista topográfico como en imágenes de microscopía convencionales. En el caso de STM, los de tunelización resultados actuales a partir de el solapamiento de la probabilidad de la presencia de electrones en la superficie de la muestra y en el ápice de la punta.

Además de STM y AFM, otra SPM correspondiente a otras combinaciones de tipo de punta con punta a la muestra distancias se pueden enumerar. Principalmente, 'microscopía de fuerza lateral' (LFM) es una AFM de contacto que las imágenes, mediante la medición de deflexiones laterales de la voladizo, las variaciones en la fricción de la superficie resultante de la heterogeneidad química y la topografía de la muestra [8]; 'Microscopía de fuerza magnética "imágenes (MFM) en el modo sin contacto la variación espacial de las fuerzas magnéticas en la superficie de la muestra utilizando puntas recubiertas con láminas delgadas ferromagnéticas [9]; el microscopio de fuerza electrostática (EFM) y 'capacitancia microscopio de barrido "(SMC) se utilizan para estudiar la variación de la densidad de portadores de carga superficial mediante consejos vibrantes cargadas eléctricamente (10,11). Un topográfica (con las restricciones mencionadas antes) SPM adicional es el 'microscopía de exploración térmica' (SThM) que utiliza una sonda calentada, que está diseñado para actuar como un termopar. El calor perdido desde la punta a la muestra depende de una primera aproximación de la distancia entre ellos [lo].

Microscopías de sonda de barrido son obviamente técnicas muy versátiles. Su alta flexibilidad en el modo seleccionado para operar el microscopio, asociado con la gran variedad de puntas comercializados con muy diferentes sensibilidades a diversas propiedades de la superficie, y, además, la posibilidad de llevar a cabo los análisis en diferentes entornos - vacío, ambiente, atmósfera controlada o ultra -Hacer SPM muy potentes herramientas de líquidos para la obtención de imágenes de cualquier tipo de características de la superficie. El año pasado, dos números especiales de Chemical Reviews y un Boletín MRS propusieron un informe relativamente exhaustiva sobre las principales aplicaciones SPM a la caracterización de materiales inorgánicos [12 ", 13 '].

Introducción

Desde su comercialización, microscopías de sonda de barrido (SPM) han visto el creciente interés excepcional. Una investigación utilizando búsquedas de palabras clave a través de la base de datos Corrientes Cesta muestra que, en general, esta tendencia es actualmente a nivel mundial aún en curso. A excepción de los estudios que se centran específicamente en la microscopía de efecto túnel (STM) - para el que el número anual de papeles parece haberse estabilizado desde 1994 -el número de publicaciones que se ocupan de cualquier otra SPM (o con la combinación de varios SPM) ha aumentado regularmente cada año. La mejora más espectacular de interés en realidad se refiere al uso de SPM, incluyendo STM, para materiales de óxido. En particular, el número anual de trabajos que muestran aplicaciones de la microscopía de fuerza atómica (AFM) de óxidos se ha más que duplicado desde 1994 (Figura 1). Paradójicamente, a pesar de esta tendencia, los dos números especiales mencionados anteriormente informaron preferentemente en los resultados obtenidos con SPM caracterizaciones de metal y superficie de la aleación. Las pocas excepciones que se ocupan de óxidos fueron, además de algunas caracterizaciones de MCI Tioz y ZnO semiconductores [14,15], las observaciones del crecimiento de Cu20 y Cr, O, de Cu y superficies Fe-Cr, respectivamente [14]. Para superar esta situación, el objetivo de esta contribución es señalar la tendencia en 1997 para aplicar microscopías de sonda de barrido de óxidos, en particular aquellos con efectos catalíticos, y poner de relieve, en mi opinión, los avances más importantes en este campo. También se informa de algunas referencias adicionales de 1996 y 1998.

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