这台可以打印Nature的顶刊打印机，你应该了解一下

近年来，扫描透射（STEM）成像技术得到了快速的发展。通过配备BF，DF2，DF4，HAADF探头，扫描透射（STEM）成像技术可同时获得质厚衬度像，衍射衬度像及原子序数衬度像。其中由HAADF探头能够在一定程度上区分不同原子序数的原子的特点，而应用最为广泛。虽然STEM技术在各方面的应用都很广泛，但他也有两个明显的应用瓶颈：

1.轻重元素原子的同时成像问题

现有的STEM技术，虽然利用HAADF探头可用于区分重原子，但是对于C，N，O等轻原子却无能为力。

2.对电子束敏感材料的成像问题

分子筛和MOF材料通常只能承受几百到几千个电子的辐照，对电子束非常敏感。这些材料在表征的时候对实验人员的要求非常高，操作难度非常大。

iDPC (Integrated Differential Phase Contrast)成像技术，又称为积分差分相位衬度技术，是近几年流行的十分前沿的成像技术。iDPC成像技术解决了目前STEM成像领域的两大瓶颈，即轻重元素原子的同时成像问题和对电子束敏感材料的成像问题。使用iDPC所得到的图像具有信噪比非常高的特点。

如果说iDPC有什么缺点的话，那大概就是价格太贵吧——一台带有iDPC功能的电镜可以卖到数百万美金。也正是因为iDPC强大的成像功能，他也成了名副其实的顶刊打印机。

这篇文章为大家汇总了近来iDPC在顶级杂志中的表现。

1.武汉大学邓鹤翔教授、昝菱教授&上海科技大学Osamu Terasaki Nature：TiO₂填充MOF中孔用于CO₂光还原

金属有机骨架（MOF）以与气体分子的特殊相互作用而闻名。这与它们丰富而有序的孔隙度相结合，使它们成为将气体分子光催化转化为有用产品的有希望的候选者。但是，尝试使用MOF或基于MOF的复合材料进行CO₂光还原通常会导致二氧化碳转化效率远低于从最新的固态催化剂或分子催化剂获得的CO₂转化效率，即使在牺牲试剂的帮助下也是如此。

武汉大学邓鹤翔教授、昝菱教授，上海科技大学Osamu Terasaki通过在基于对苯二甲酸铬的MOF（MIL-101）及其衍生物的不同孔中生长TiO₂，在MOF晶体内部创建“分子隔室”。这使得光吸收/电子产生的TiO₂单元与MOF骨架中的催化金属簇之间具有协同作用，因此有助于光催化还原CO₂，同时产生O₂。在由MIL-101衍生物中的42％TiO₂组成的复合物中，即42％-TiO₂-in-MIL-101-Cr-NO₂中，观察到在350纳米波长处CO₂光还原的表观量子效率为11.3％。该复合材料中一种隔室中的TiO₂单元的活性是另一种隔室中的TiO₂单元的44倍，强调了该系统中TiO₂精确定位的作用。

文献链接：

Filling metal–organic framework mesopores with TiO₂ for CO₂ photoreduction

Nature, 2020, 10.1038/s41586-020-2738-2

2.清华大学魏飞&陈晓Nat. Commun.:金属有机框架整体结构和局部结构中节点-连接基配体的成像

多孔金属有机框架（MOF）由于具有高度可调节的孔隙率，连通性和局部结构，因此在催化，气体存储和分离中显示出广泛的应用。然而，MOF的电子束敏感性使得很难在扫描透射电子显微镜（STEM）下对它们的整体和局部结构进行原子成像，以研究它们的结构-性质关系。清华大学魏飞&陈晓报道了基于iDPC技术的STEM的光束敏感型MOF MIL-101的低剂量成像。这些图像通过约1.8Å的信息传递来解析框架内Cr节点和有机连接基的协调。在iDPC-STEM下还可以显示MIL-101中的局部结构，包括表面，界面和缺陷。这些结果提供了一种可扩展的方法，以超高分辨率对各种光束敏感材料进行成像，并为整个MOF展开了框架结构，以进一步针对MOF进行缺陷和表面工程化，以实现定制功能。

文献链接：

Imaging the node-linker coordination in the bulk and local structures of metal-organic frameworks

Nat. Commun., 2020, 10.1038/s41467-020-16531-y

3.清华大学朱静&段文晖Adv. Funct. Mater.:Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ超导体中掺杂氧原子的可视化

适量的过量氧气在空穴掺杂的铜酸盐高Tc超导中起重要作用。清华大学朱静&段文晖对Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ中的掺杂氧通过iDPC扫描透射电子显微镜直接成像。观察到掺杂剂氧的位置与从不相称结构的局部应变分析推断出的位置一致。使用第一性原理计算进一步研究了掺杂氧对局部原子晶格和电子结构的影响。掺杂氧原子不仅加剧了局部原子排列的畸变，而且还通过将电荷从BiO平面转移到CuO2平面来改变电子态，解决了电荷转移的基本机制。该结果也可能适用于其他具有高Tc超导性的掺氧铜酸盐。

文献链接：

Visualization of Dopant Oxygen Atoms in a Bi2Sr2CaCu2O8+δ Superconductor

Adv. Funct. Mater., 2019, 10.1002/adfm.201903843

4.Wayne D. Kaplan Acta Materialia：通过STEM中的相衬识别界面原子结构——平衡的Ni-YSZ界面

固态氧化物燃料电池在高效能源存储和电力供应的前景广阔。在众多固态氧化物燃料电池体系中，Ni和钇稳定氧化物（YSZ）之间的界面是关键部分，此处Ni作为阳极材料。因此，界面稳定性至关重要。在电池工作期间，Ni-YSZ界面暴露在高温下引起Ni颗粒的粗化，总的界面能减少，驱动界面总面积的减少，从而导致电池工作效率的劣化。提高电极中界面稳定性和持久性是固态氧化物燃料电池领域的一个关键挑战。

Ni和钇稳定氧化锆（YSZ）的平衡界面是1350℃，氧偏压为10-20atm条件下，Ni薄膜在YSZ单晶的(111)表面通过固态润湿形成的。平衡固-固界面的原子结构借助iDPC-STEM技术来确定。结果显示由于Ni和YSZ重构界面之间发生了大的晶格错配，形成了一种包含高密度失配位错的特殊结构。然而，尽管有大的晶格错配，界面也不是非共格的。界面由阳离子终止，这可能是由于低氧偏压下达到平衡导致的。

文献链接：

Discerning Interface Atomistic Structure by Phase Contrast in STEM: The Equilibrated Ni-YSZ Interface

Acta Mater., 2018, 10.1016/j.actamat.2018.05.011

5.阿卜杜拉国王科技大学韩宇Angew. Chem. Int. Ed.:原子分散Mo的直接成像可将Al定位在ZSM-5沸石框架内

沸石通常用作包封客体分子的主体材料，以丰富其功能和应用，特别是在非均相催化中。不幸的是，直接成像驻留在完整的沸石微孔结构中的客体分子一直是一个挑战。

阿卜杜拉国王科技大学韩宇报道，由于其在低剂量条件下对重元素和轻元素均具有足够的和可解释的图像对比度，因此iDPC-STEM能够直接探测沸石中的客体分子。作者首先通过成像吸附在Silicalite-1沸石中的挥发性有机化合物来证明这种独特的能力。然后，作者使用iDPC-STEM来研究各种沸石上负载的钼。作者在ZSM-5的微孔中观察到孤立的单Mo团簇，并证明了框架Al在驱动Mo原子分散到微孔中的关键作用。根据Mo原子在微孔中的位置，特定的一对一Mo-Al相互作用使得可以在ZSM-5框架中根据图像定位Al原子，即催化活性位。研究结果证明在原子分辨率下直接成像易碎晶体中客体成分的可行性，为研究纳米多孔材料中宿主与主体之间的相互作用铺平了道路。

文献链接：

Direct imaging of atomically dispersed Mo enables locating Al in the framework of zeolite ZSM-5

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 10.1002/anie.201909834

6.清华大学李佳、干林&南方科技大学谢琳Angew. Chem. Int. Ed.：间隙氢的原子成像及钯氢化物的表面反应性

解决表面和界面上的间隙氢原子对于理解金属氢化物的机械和物理化学特性至关重要。尽管氢化钯（Pd）在储氢和电催化中具有重要的应用，但在表面附近的氢化钯上的间隙氢原子位置仍未确定。清华大学李佳、干林&南方科技大学谢琳通过使用iDPC-STEM对Pd纳米颗粒中吸收的氢原子进行的第一个直接成像。与在主体中为氢确定的八面体间隙位置相反，地下氢原子被直接识别为占据四面体间隙。密度泛函理论计算表明，表面下氢原子的数量和占据类型在微调Pd表面的电子结构和相关的化学反应性方面起着不可或缺的作用。

文献链接：

Atomic Imaging of Subsurface Interstitial Hydrogen and Insights into Surface Reactivity of Palladium Hydrides

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 10.1002/anie.202006562

7.哥廷根大学Sytze de Graaf&Bart J. Kooi Sci. Adv.:解析金属-金属氢化物界面上的氢原子

氢气可以安全地以高体积密度存储在金属中。但是，它也可能对金属有害，导致脆化。了解氢在原子尺度上的基本行为是改善金属-金属氢化物系统性能的关键。但是，目前尚没有能够可视化氢原子的鲁棒技术。哥廷根大学Sytze de Graaf&Bart J. Kooi证明了氢原子可以通过iDPC-STEM得到前所未有的成像，这是在扫描透射电子显微镜中进行的一项最新开发的技术。钛钛一氢化物界面的图像显示出氢化物相的稳定性，这源于压缩应力和界面相干性之间的相互作用。在提出了三种模型30年后，作者还发现了一种模型，其中一种描述了氢原子相对于界面的位置。这个工作使以前对氢化物的研究不明，可以扩展到所有包含轻元素和重元素的材料，包括氧化物，氮化物，碳化物和硼化物。

文献链接：

Resolving hydrogen atoms at metal-metal hydride interfaces

Sci. Adv., 2020, 10.1126/sciadv.aay4312

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