AFM在化學中的應用

在化學中的應用

許多化學反應是在電極表面進行的，了解這些反應過程，研究反應的動力學問題是化學家們長期研究的題目。吸附物質將于表面形成吸附層，吸附層的原子分子結構，分子間相互作用是研究表面化學反應的前提與基礎。在超高真空環境下，科學家們使用蒸發或升華的方法將氣態分子或原子吸附在基底（一般為金屬或半導體）上，再研究其結構。在溶液中，原子分子將自動吸附于電極表面。在電位的控制下，吸附層的結構將有不同的變化。此種變化本身與反應的熱力學與動力學過程有關，由此可以研究不同種類物質的相互作用及反應。電化學STM 在這一領域的研究中已有很好的成果。例如：硫酸是重要的化工原料，硫酸在活性金屬表面（如銠、鉑等）上的吸附一直是表面化學和催化化學中的研究熱點。盡管有關硫酸吸附的研究報告已有很多，但是其在電極表面的吸附是否有序，結構如何，表面催化變化過程，硫酸根離子與溶液中水分子的相互作用，水分子在硫酸的吸附結構形成中的作用等，長期沒有明確結論。利用電化學STM，我們在溶液中原位研究了這一體系的吸附及結構變化過程。研究發現，硫酸根離子在Rh(111)以及Pt(111)等表面與水分子共同吸附，水分子與硫酸根離子通過氫鍵結合形成有序結構。基于實驗結果，我們提出了硫酸根離子與水分子菜吸附的理論并給出了模型。

利用電位控制表面吸附分子是電化學STM 在化學研究中的又一成功應用范例。利用此技術，可以控制表面吸附分子在材料表面的結構及位向等。例如控制分子與基底平行的取向變為與基體垂直的取向。這種取向變化完全可逆，且只受電位影響，其行為類似于原子分子開關。這一研究為原子分子器件的發展提供了新的途徑。光電反應是涉及到生物、化學、環境、電子等眾多學科的一類常見的重要化學反應，利用電化學STM 可以跟蹤監視光電化學反應過程，研究反應物分解與轉化的微觀機制，如分子吸附層結構，分子間的相互作用，分子分解，以及生成物的結構等。現已受到眾多領域學者的重視。

總之，用STM 技術研究表面化學反應已獲得了許多成功，并展現了極具魅力的廣闊前景。在未來的研究中，肯定會有更多的實驗結果問世。