利用 JEMCA 新型材料科学显微镜的首项研究成果发表

在阿尔巴联合电子显微镜中心（JEMCA）落成仅六个月后，这一技术奇迹就已为发表的研究成果提供了素材。事实上，第一篇包含使用 EM02-METCAM 显微镜获得的数据和图像的论文发表在《美国化学学会杂志》（JACS）上。这将是众多论文中的第一篇。最近，JEMCA 中心的另一台显微镜（EM01-Cryo-TEM）也发表了首批成果，证明了这两台仪器的卓越性能及其对科学界的巨大价值。

原子分辨率像差校正 HAADF STEM 图像和相应的索引 FFT 显示，所选纳米粒子沿 Co2FeO4 立方尖晶石结构的 [110] 轴结晶。图片来源：Jordi Arbiol
EM02-METCAM 扫描透射电子显微镜（单色双像差校正扫描透射电子显微镜，供技术爱好者使用）可对材料的晶体结构和电子构型进行原子分辨率检测，其功能远远超出了单纯的成分分析。在极小尺度上研究材料结构的可能性受到研究人员的极大追捧，其目的不仅在于加深对化学和物理现象的理解，还在于设计出具有 "定制"（可以这么说）特性的新型材料。

EM02-METCAM 平台由加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2）负责协调，是西班牙第一台此类显微镜。在参与 JEMCA 的科学家的殷切期望下，这一功能强大的工具立即投入使用，并顺利完成了调试。

对 METCAM 卓越性能进行测试的首批研究之一，是对一系列催化剂（即促进和加速某些化学反应的结构）的研究，这些催化剂与新型电池的应用相关。这些催化剂的纳米颗粒因其特殊的晶体结构而被命名为 "尖晶石 "催化剂，由 ICREA 教授 Andreu Cabot 领导的功能纳米材料小组在加泰罗尼亚能源研究所 (IREC) 合成，并由 ICREA 教授 Jordi Arbiol 领导的 ICN2 高级电子纳米镜小组的研究人员在 METCAM 进行分析。其目的是阐明所研究的纳米粒子的几何构型、组成和电子结构如何影响催化机制。

事实证明，这个新来的孩子能够胜任这项任务。METCAM 显微镜在 300 keV 能量下工作时，可轻松实现低于 50 pm 的空间分辨率（1 皮米等于一万亿分之一米）；在 60 keV 能量下工作时，可实现低于 100 pm 的空间分辨率。使用单色仪时，在 60 keV 下达到的能量分辨率为 13.6 eV。

METCAM 提供的原子分辨率数据使作者能够更好地理解这些尖晶石催化剂是如何促进反应的，最重要的是，这些催化剂的每种成分在锂硫电池充放电过程中发生的多硫化物转化过程中所起的作用。利用新设备获得的图像是解析尖晶石催化剂原子结构的关键。此外，电子能量损失光谱（EELS）信息（也由 METCAM 提供）被用于研究纳米颗粒表面的电子结构。

得益于所有这些极其宝贵的数据--结合其他实验分析技术、电化学和电池测试以及理论计算的结果--研究人员可以对尖晶石催化剂在硫还原反应过程中对几何构型的依赖性做出全面的描述。对材料结构和相关反应的深入了解是合理开发改良型催化剂并最终开发出性能更好的电池的重要基础。

"METCAM 平台科学协调员兼该出版物合著者 Jordi Arbiol 教授评论说："METCAM 显微镜绝对超出了我们的预期，其分辨率一直优于其技术指标。"多种探测器选项可无缝组合用于成像和光谱分析，其多功能性使我们能够深入了解材料"。我们对这一技术瑰宝以及构成 JEMCA 的其他尖端显微镜和设备所取得的丰硕成果和巨大成就充满信心。

EM02-METCAM 的购置得益于不同研究机构的合作：加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所 （ICN2）作为设备所有者，ALBA 同步加速器（该显微镜已安装并投入使用，补充了同步加速器光 束线的分析能力），西班牙国家研究理事会（CSIC），巴塞罗那材料科学研究所（ICMAB-CSIC） 和巴塞罗那自治大学（UAB）。项目定义阶段还得到了巴塞罗那科学技术研究所（BIST）的大力支持。该项目由欧洲地区发展基金（ERDF）共同资助，加泰罗尼亚政府研究和大学部提供支持，在ERDF 2014-2020 年加泰罗尼亚业务计划框架下，通过援助实施合作项目，创建、建设、购置和改进共享科技设备和平台。