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國際線上講座 scanning electrochemical cell microscopy for visualization and local electrochemical activities |
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材資系 李紹先助理教授
講座緣起 為了探討光電能源轉換系統及儲能裝置中的材料如何發揮作用，必需仰賴先進的固態/液態介面光電化學量測技術。然而，這些介面的性質會受到所使用的材料，沉積技術，表面處理等而有很大的變化。固液介面的性質也會隨著系統的運行而發生變化，因此要全面了解光電化學中材料的運行方式，臨場(in-situ)偵測固液介面反應之量測技術的開發是一項非常重要的一個研究主題。一般常用的表面分析技術例如電子顯微鏡，原子力顯微鏡或是光學量測等技術不容易應用於液態環境中，因此。影像及光譜分析搭配電化學臨場反應之整合量測技術在分析固液介面上的反應機制變得十分重要。然而，傳統的電化學量測系統所量測的尺度介於cm到mm等級，在此種尺度下所得到的資訊是一種巨觀的行為，無法有效地代表材料奈米結構所造成的微區效應，因此要全面地了解奈米材料在真實微奈米尺度之光電化學反應過程中所造成影響是一很大的挑戰。而自2010年推出以來，電化學掃描探針顯微鏡（scanning electrochemical cell microscopy, SECCM）已發展成為適用於許多應用的通用電化學掃描探針顯微鏡技術，SECCM次微米尺度探針(sub-um) 的電化學系統有相當優異的空間解析力，可獲取產能及儲能過程中微奈米尺度下的固液介面化學反應。日本東北大學的熊谷明哉教授(Prof. Akichika Kumatani)研究團隊，是少數有能力自行組裝及開發高空間解析能力的SECCM系統的研究團隊，因此本次線上國際講座特別邀請熊谷教授介紹其所自行開發的SECCM系統在能源及生醫材料上的研究及應用。
講座亮點 本次講座參與的學生多數為本系碩博班研究生，由於並非所有學生都有相關電化學知識，為使學生能夠有效率的理解，熊谷教授首先針對基礎電化學反應做簡單的介紹，接著並介紹傳統電化學顯微鏡，藉由認識傳統電化學顯微鏡來幫助學生了解一般電化學顯微鏡的運作原理以及其應用。傳統電化學顯微鏡是將樣品及微電極兩者皆置入於電解液中，樣品基板的選擇條件會受到限制，例如已鍍有電極材料的元件浸入電解液時，元件的電極同時也參與了電化學反應的進行，並且會使此樣品元件上的電極彼此之間產生短路，進而無法保持元件的正常運作。另外由於電解液是全覆蓋在樣品表面上，電化學的反應面積無法維持在微電極的尺度，微電極週邊的電解液與樣品同時也會進行電化學反應，此所得到的反應電流並非微區的性質，而是包含週邊反應的擴散電流，會大幅降低空間解析能力。而高空間解析電化學顯微鏡SECCM中的探針是一極細的玻璃管，開口管徑約30至100 nm。管內充滿電解質溶液，並將對電極（counter electrode）至於其中。玻璃管末端的薄液滴（electrolyte meniscus），可與材料表面(做為工作對極，working electrode)接觸，構成一組可移動的奈米級電化學電池，同時SECCM技術具有位置回饋和表面高度的分辨力，因此可實現高解析率的電化學（離子轉移和電子轉移訊號）成像。該技術可適用於高準度的定量分析，並且由於其系統構造，SECCM具有高質量傳遞速率，可應用於研究快速反應動力學過程。
講座過程
活動結尾 雖然2020年受到COVID-19的影響，國際學術合作卻不會間斷，藉由線上會議軟體成功地完成了本次的線上國際講座。日本東北大學熊谷教授的專業也讓在場的師生得到滿滿的收獲。 |
