通过原位液滴透射电子显微镜（in-situ liquid cell TEM）技术，实现了Ce?O?y球形团簇的合成、溶解及金（Au）的沉积修饰

《Materials Chemistry and Physics》：Synthesis, dissolution and Au decoration of Ce xO y spherical clusters by in-situ liquid cell TEM

液态透射电子显微镜（LC-TEM）原位合成金纳米颗粒（Au NPs）于ceria球形簇（ceria SCs）支持物，动态实验（流动HAuCl4溶液）中观察到不同区域的快速生长大星形Au NPs；静态实验（无流动）显示电子束横向作用范围及上下芯片的形态差异。电子束辐照引发自由基生成，高剂量率与低流量时导致ceria SCs溶解，高流量时Au NPs生长而ceria保持完整。

　　

马格达莱娜·帕林斯卡-沃伊坦（Magdalena Parlinska-Wojtan）|乔安娜·德普丘赫（Joanna Depciuch）|托马什·罗曼·塔尔纳夫斯基（Tomasz Roman Tarnawski）|卡米尔·索布查克（Kamil Sobczak）|米罗斯瓦娃·帕夫利塔（Miros?awa Pawlyta）

波兰科学院核物理研究所，PL-31342 克拉科夫，波兰

摘要：

利用液体细胞透射电子显微镜（LC-TEM）技术，在氧化铈球形簇（ceria SCs）基底上实现了金纳米颗粒（Au NPs）的原位合成。共进行了两项实验：i) 动态实验——通过液体细胞输送HAuCl₄溶液，观察到不同区域中较大、星形的Au NPs快速生长；ii) 静态实验——液体细胞中充满HAuCl₄溶液（无流动），仅光照区域发生了Au NPs的合成。这使我们能够了解电子束在细胞内的相互作用范围。此外，我们还观察到由于电子束在液体层中的散射作用，位于芯片顶部和底部的Au NPs在形态上存在差异。同时研究了电子束在液体细胞内产生的自由基物种的影响——在高剂量率和低金溶液流速条件下，自由基物种浓度升高，导致氧化铈球形簇发生溶解；而在高HAuCl₄溶液流速下，Au NPs得以生长，氧化铈球形簇保持完整。

章节摘要

引言

液体细胞透射电子显微镜（LC-TEM）是一种新型技术，可用于原位观察纳米结构的生长或溶解过程。在电子束作用下对基底进行金属修饰是LC-TEM领域中一个快速发展的研究方向[1][2]。该修饰过程涉及电子束在液体环境中诱导金属离子还原，从而在固态基底（如氮化硅）上形成金属纳米颗粒或薄膜。

原位LC-TEM技术用于氧化铈球形簇（ceria SCs）表面金纳米颗粒（Au NPs）的修饰：动态与静态实验

为在氧化铈球形簇上生长金纳米颗粒，我们进行了两种不同的实验。在动态实验中，100 mM的HAuCl₄溶液以1 μl/s的流速持续流经液体细胞，电子束剂量率为0.04 e^-/?²s，并将电子束照射到芯片窗口的不同区域以促进Au NPs的生长；而在静态实验中，液体细胞中仅充满HAuCl₄溶液（无流动），电子束剂量率仍为0.04 e^-/?²s。

结论

我们采用LC-TEM技术，利用电子束诱导氧化铈球形簇上金纳米颗粒的原位合成。实验采用了两种不同的设置：在动态实验中，HAuCl₄溶液在电子束照射下持续流经液体细胞；而在静态实验中，液体细胞中仅充满HAuCl₄溶液，且仅有一个区域受到电子束照射。通过这些实验，我们确定了电子束的影响范围。

方法

Ce_xy氧化物纳米颗粒的合成：氧化铈纳米颗粒的制备遵循Yu等人描述的工艺[38]。将60毫克六水合硝酸铈（Ce(NO₃)₃·6H₂O）溶解在8毫升乙二醇中，随后加入340毫升去离子水。经30分钟超声处理后，将所得溶液转移至25毫升容量的特氟龙内衬高压釜中，并在180°C下加热16小时。最后将高压釜冷却至室温。

作者贡献声明

米罗斯瓦娃·帕夫利塔（Miros?awa Pawlyta）：负责撰写、审稿与编辑、数据验证与整理。卡米尔·索布查克（Kamil Sobczak）：负责撰写、审稿与编辑、数据验证与整理。托马什·罗曼·塔尔纳夫斯基（Tomasz Roman Tarnawski）：负责撰写初稿及实验研究。乔安娜·德普丘赫（Joanna Depciuch）：负责撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。马格达莱娜·帕林斯卡-沃伊坦（Magdalena Parlinska-Wojtan）：负责撰写、审稿与编辑、数据可视化、项目管理和研究资金协调。

数据获取

作者确认，本研究的支持数据包含在文章及其补充信息中。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

资助

本研究得到了波兰国家科学中心（National Science Centre）的资助（项目编号：2019/35/B/ST5/04140）。

致谢

作者感谢西里西亚理工大学（Silesian University of Technology）材料与生物材料研究所提供的Titan FEI TEM仪器，以及华沙大学（University of Warsaw）生物与化学研究中心提供的Talos F200 FEI TEM仪器。这些仪器是在欧盟区域发展基金（European Regional Development Fund）2007-2013年创新经济计划（Operational Program Innovative Economy）的资助下共同建立的。