扫描探针显微镜是从微观层面研究电化学界面的一类重要工具。本书全面涵盖了各类应用于电化学领域的扫描探针显微术的工作原理、发展历程及其科学价值。本书的出版旨在推动电化学与扫描探针显微术两个领域的融合与发展。
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第1章 引言 1
1.1 扫描探针显微术发展简史 1
1.2 扫描探针显微术形貌成像 2
1.2.1 扫描隧道显微镜 2
1.2.2 原子力显微镜 3
1.3 扫描探针显微术功能成像 5
1.3.1 力学功能成像 5
1.3.2 电学功能成像 6
1.3.3 化学功能成像 8
1.4 总结与展望 10
参考文献 11
第2章 扫描电化学微探针原理及应用 13
2.1 扫描电化学显微术（SECM） 13
2.1.1 SECM工作模式 13
2.1.2 SECM仪器 17
2.1.3 SECM应用 19
2.2 垂直（Z方向）扫描微电极技术（VSMET） 22
2.2.1 VSMET微电极 23
2.2.2 VSMET测试系统 25
2.2.3 VSMET电位/电流分布测试 26
2.2.4 VSMET电位分布测量 27
2.2.5 局部电场对VSMET电位分布的影响 30
2.2.6 VSMET的应用 32
2.3 扫描离子电导显微术（SICM） 36
2.3.1 工作原理和工作模式 36
2.3.2 仪器组成 39
2.3.3 SICM应用 40
2.4 扫描电化学电解池显微术（SECCM） 51
2.4.1 SECCM技术基本原理 51
2.4.2 位置反馈及工作模式 52
2.4.3 应用 54
2.5 总结与展望 60
参考文献 61
第3章 扫描探针显微术对固体中电子及离子输运行为的表征应用 72
3.1 固体中电子及离子输运行为的研究表征需求 72
3.1.1 传统能源器件中的电子及离子动力学行为表征方法 72
3.1.2 基于扫描探针显微术的电子及离子动力学行为表征方法 74
3.2 基于扫描探针显微镜的固体中电子输运行为表征方法 75
3.2.1 基于光调制方法的扫描开尔文探针显微术 76
3.2.2 时间分辨静电力显微术的电子输运行为表征应用 81
3.2.3 纳秒级时间分辨扫描探针显微术的电子输运行为表征应用 86
3.3 基于扫描探针显微镜的固体中离子输运行为表征方法 91
3.3.1 导电原子力显微镜交流阻抗成像技术介绍 92
3.3.2 导电原子力显微镜交流阻抗成像技术的表征应用 93
3.3.3 电化学张力显微术原理介绍及空间表征应用 95
3.3.4 电化学张力显微术的时域谱成像表征应用 98
3.3.5 时间分辨静电力显微术的离子输运行为表征应用 99
3.4 总结与展望 102
参考文献 103
第4章 扫描探针显微术在电催化中的应用 108
4.1 电化学扫描探针显微术 108
4.2 电催化反应与电催化剂 109
4.2.1 电催化反应 109
4.2.2 电催化剂 111
4.2.3 金属卟啉/酞菁类电催化模型体系的研究 112
4.3 电化学扫描隧道显微术在电催化研究中的应用 115
4.3.1 模型体系的构建 115
4.3.2 电催化剂结构的表征 119
4.3.3 电催化过程的研究 124
4.4 膜电极的结构与演化 128
4.5 总结与展望 130
参考文献 132
第5章 扫描探针显微术在储能电化学中的应用 143
5.1 背景 143
5.1.1 储能电化学过程中的表界面问题 143
5.1.2 电化学扫描探针显微术在储能电化学的应用 146
5.2 锂离子/锂金属电池界面过程 147
5.2.1 石墨负极过程 148
5.2.2 硅负极过程 153
5.2.3 锂负极过程 156
5.2.4 正极过程 164
5.3 锂硫电池正极-电解液界面转化反应过程 165
5.3.1 正极转化反应过程 167
5.3.2 界面优化和调控机制 170
5.3.3 催化电极界面研究 172
5.4 锂氧电池正极-电解液界面电化学过程 175
5.4.1 氧气正极转化反应过程 176
5.4.2 电解液添加剂介导界面反应机制 179
5.4.3 催化电极界面反应机制 181
5.5 固态金属锂电池界面演化与失效机理 182
5.5.1 正极-电解质界面演化 184
5.5.2 负极-电解质界面演化 186
5.5.3 固态电解质动态演化 188
5.6 总结与展望 191
参考文献 192
第6章 扫描探针显微术在光电化学中的应用 203
6.1 背景 203
6.2 分子发光和能量转移 203
6.2.1 单分子本征发光特性 203
6.2.2 分子聚集体中的能量转移 210
6.3 光催化反应 214
6.3.1 单晶表面分子的光催化过程 214
6.3.2 纳米材料表界面的光催化过程 218
6.4 太阳能电池 222
6.4.1 太阳能电池中的载流子动力学 222
6.4.2 太阳能电池中的界面能带结构 224
6.5 总结与展望 227
参考文献 227
第7章 扫描探针显微术在生物体系中的应用 232
7.1 背景 232
7.2 生物体系专用的扫描探针显微术 232
7.2.1 生物体系AFM 233
7.2.2 生物体系SECM 234
7.2.3 生物体系SICM 234
7.3 扫描探针显微术在生物体系中的研究应用 235
7.3.1 核酸研究 235
7.3.2 蛋白质和酶的表征 241
7.3.3 细胞研究 247
7.3.4 微组织表征 263
7.3.5 细菌生物膜的研究 267
7.4 总结与展望 274
参考文献 277
第8章 扫描探针显微术在微纳加工中的应用 292
8.1 背景 292
8.2 增材制造 293
8.2.1 扫描微电解池技术 293
8.2.2 扫描电化学显微术 295
8.3 减材制造 296
8.3.1 超短电势脉冲技术 296
8.3.2 约束刻蚀剂层技术 297
8.4 总结与展望 300
参考文献 300
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