[发明专利]纳米材料的高分辨成像装置及其成像分析方法

说明书

本发明提供了一种纳米材料的高分辨成像装置，其包括纳米电化学控制模块、高分辨电化学成像模块和控制模块；其中所述纳米电化学控制模块包括电化学工作站和电化学池，所述电化学池包括工作电极和三电极装置；本申请还提供了利用上述高分辨成像装置分析单颗粒水平纳米材料的方法。本发明中利用高分辨表面等离子体相干散射成像装置对纳米材料在单粒子水平反应过程中不同位点进行成像和分析；该装置具有灵敏度高、非侵入性等优点，能够对不同种类纳米材料的化学活性及电化学活性进行原位成像分析，为高通量筛选提供了重要的保证。

技术领域

本发明涉及环境纳米催化和单颗粒分析技术领域，尤其涉及纳米材料的高分辨成像装置和使用高分辨成像装置分析纳米材料的方法。

背景技术

环境纳米技术在污染防控中的作用引起了越来越多的关注，纳米颗粒催化转化污染物是环境纳米技术的重要应用之一。纳米材料的催化活性受颗粒尺寸、结构、形貌和组成等因素影响，因此在单个纳米颗粒尺度上构建纳米材料的构效关系对于理解材料的环境催化行为具有重要的意义。然而目前仍然缺乏可在水溶液中实时高分辨成像观察单个纳米颗粒催化行为的技术和手段。

表面等离子体相干散射成像技术是一种表面敏感的成像技术，它利用特定波长的激光从一定角度入射来激发金属薄膜（比如金）产生表面等离子体波，等离子体波在界面传播过程中遇到样品，会发生相互干涉现象，从而被图像采集系统采集。但是该系统在实际成像应用中仍然存在如下挑战：

1）检测通量低：传统的等离子体共振成像由于等离子体波的干涉，使得纳米颗粒在图像上产生抛物线状拖尾，拖尾是颗粒实际截面的数百倍甚至上千倍，不同颗粒尾巴条纹相互重叠干扰，大大降低了系统检测通量；

2）空间分辨率低：对于一维和二维纳米材料来说，由于不规则拖尾的干扰，影响其真实形状等信息的获取，导致传统技术难以研究纳米材料催化过程中活性位点的分布差异。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纳米材料的高分辨成像装置，其能够实现单粒子水平下纳米材料高通量和高分辨率的检测分析。

有鉴于此，本申请提供了一种纳米材料的高分辨成像装置，包括：纳米电化学控制模块、高分辨率电化学成像模块和控制模块；

所述纳米电化学控制模块包括电化学工作站和电化学池，所述电化学池包括镀金属纳米薄膜玻璃片和三电极装置；

所述高分辨率电化学成像模块包括光源、x/y扫描振镜装置、数据采集卡、成像放大装置、镀金属纳米薄膜玻璃片和图像信息采集装置；

所述控制模块包括电化学工作站控制程序、x/y扫描振镜控制程序和图像信息采集装置控制程序；

所述电化学工作站的输出端与所述三电极装置的输入端相连；

所述三电极装置的输出端与所述工作电极的输入端相连；

所述光源用于发射激光，所述x/y扫描振镜装置用于控制激光旋转速度和角度，所述数据采集卡用于操作所述x/y扫描振镜装置，所述成像装置用于放大光学成像倍数，所述镀金属纳米薄膜玻璃片用于激发产生表面等离子体激元共振波，所述图像信息采集装置用于采集图像信息。

优选的，所述成像放大装置为光学显微物镜。

优选的，所述图像信息采集装置为电感耦合相机。

优选的，所述镀金属纳米薄膜玻璃片由覆盖一层或多层金属薄膜的半导体透明基底组成。

优选的，所述金属薄膜中的金属选自金、银、铜、铝或其他能激发产生表面等离子体激元的金属。

优选的，所述光源选自超连续激光、其他能激发产生表面等离子体激元的光源或采用特定波长的单色激光光源。

本申请还提供了所述的高分辨成像装置分析单粒子水平纳米材料的方法，包括以下步骤：