傳統的電化學測量（如循環伏安法）給出的是宏觀、統計平均的信息。我們只知道“整個電極"上平均發生了多少電流，但不知道：表面原子結構在電位變化時如何重構？

吸附的分子或離子具體在哪個位點？

成核、生長、腐蝕等過程是從哪里開始、如何進行的？

·             原位技術，如EC-STM和Cat-TEM，就是為了“看見"這些微觀過程，從而在原子/納米尺度上建立結構-性能關系，為設計更好的催化劑、電池電極等提供理論基礎。

·             EC-STM是STM技術應用于電化學環境的產物，是研究電極表面原子結構和過程的利器。

1.技術原理與關鍵組件

2.基本原理：與傳統STM相同，基于量子隧穿效應。一個尖銳的金屬針尖在樣品3表面掃描，通過監測隧穿電流來反映表面的形貌和電子結構。

4.關鍵挑戰：如何在導電的電解液環境中，隔離巨大的法拉第電流（來自電解液中的電化學反應），使其不干擾微弱的隧穿電流。

5.核心解決方案：

6.工作電極：待研究的樣品。

對電極：構成電流回路。

參比電極：精確控制工作電極的電位。

STM針尖：作為獨立的第四電極，其電位也需被精確控制（相對于參比電極），以消除針尖-溶液間的法拉第電流。

針尖絕緣：僅暴露的極小部分（通常用涂蠟、玻璃、電泳漆等方法），將針尖與電解液的法拉第接觸面積降到低。

      Cat-TEM最初是為催化研究而發展，現在更廣泛地稱為液相電化學TEM。它通過在TEM內部創建一個微型的“電化學芯片"，來實現對液相環境中納米過程的觀測。

技術原理與關鍵組件

1.基本原理：使用兩個超薄的氮化硅（SiN）窗口（通常厚度<50 nm）構成一個微小的液體腔室（高度約100-500 nm）。將液體樣品（電解液）密封在其中。

2.電化學集成：在芯片上預制工作電極、對電極，并通過微納加工技術引出導線。參比電極有時會被集成或省略。

3.成像：高能電子束穿透超薄的SiN窗口和薄液層，對腔室內的納米結構（如沉積在工作電極上的催化劑顆粒）進行成像。

4.主要優勢

高時空分辨率：分辨率可達1-2 nm，可與UHV兼容，遠高于光學顯微鏡。可以實時拍攝納米過程的視頻（毫秒到秒級）。

5.體相信息：不僅能看表面，還能看到液體內部的納米顆粒、氣泡的形成、以及材料的體相結構變化（如相變、晶格條紋）。

6多模態表征：可與電子衍射、EELS、EDS 等技術聯用，同時獲得樣品的晶體結構、化學組成和電子結構信息。

7.統計意義：視野內通常包含大量納米顆粒，可以同時統計研究多個個體，結果更具代表性。