“如何在微观层面测量界面现象”是2021 年Science 期刊提出的世界125 个前沿科学问题之一。在微观层面测量电化学界面结构和过程等，就是这个问题的重要表现，对于准确理解电化学反应机理机制至关重要。
扫描探针显微术具有非常高的空间分辨率，是一类重要的谱学电化学表征技术。近年来随着探针构型、驱动方式和功能成像模式等的不断创新发展，不仅将形貌空间分辨率大幅提高至亚原子尺度，而且建立了力学、电学和化学等一系列功能成像模式，其在电化学界面研究中发挥出越来越重要的作用。与此同时，电化学领域的迅猛发展也给扫描探针显微术提出了更多的需求和挑战。
电化学在微纳电子、光电子、能源、显示与传感等功能器件领域扮演着日益重要的角色。随着此类功能器件小型化、集成化的发展趋势，丰富的电化学表界面成为影响器件性能的重要因素。发挥扫描探针技术高空间分辨率和功能成像模式丰富等优势，准确研究功能器件电化学表界面性质，对于推动源头创新具有重要的指导意义。然而，过去基于扫描探针的研究多是针对功能器件中核心功能材料本身电化学表界面性质的非原位、原位表征。在实际器件工况下，功能材料之间不仅有电子波函数的交叠，而且可能发生复杂多变的物质传递。因此，发展适用于功能器件工况下电化学表界面性质研究的扫描探针显微术至关重要：一方面，应对功能器件中电化学表界面复杂的工况演化过程需要有足够高的分辨率，包括空间和时间两个层面；另一方面，电化学表界面结构和组成复杂多变，准确辨识需要足够高的检测灵敏度。如何发展兼具高分辨率和高检测灵敏度的工况扫描探针技术极具挑战，其中不仅需要测量原理的创新、科研装备的创制，而且还涉及人工智能（AI）等新的科学研究范式的引入。
《扫描探针电化学》（陈立桅、陈琪、文锐等编著. 北京 ：科学出版社，2024.9）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，以扫描探针显微术与电化学两个学科方向的发展为背景，介绍了扫描探针显微术的基本原理及其在电化学界面研究中的最新进展，并对其未来发展方向进行了展望。
第1 章介绍了扫描隧道显微术和原子力显微术的发展简史，形貌测量原理，以及力学、电学、化学等各种功能成像模式测量原理。
第2 章介绍了扫描电化学微探针技术，包括扫描电化学显微术、扫描微电极技术、扫描离子电导显微术、扫描电化学电解池显微术等的测量原理及应用。
第3 章介绍了面向固体中电子、离子输运动力学研究的各种静态、动态扫描探针显微术的测量原理。
第4 章介绍了扫描探针显微术在电催化剂、膜电极等结构演化研究中的应用。
第5章介绍了扫描探针显微术在锂离子电池、锂金属电池、锂硫电池、锂氧电池等储能电化学界面研究中的应用。
第6 章介绍了扫描探针显微术在光电化学材料和器件界面研究中的应用，包括解析分子发光和能量转移过程、光催化反应机理，以及太阳能电池载流子输运机制等。
第7 章介绍了生物体系专用的扫描探针显微术及其在核酸、蛋白质和酶、细胞、微组织、细菌生物膜等体系研究中的应用。
第8 章介绍了扫描探针显微术在微纳加工中的应用，包括增材制造和减材制造两大类。
▲ 有机太阳能电池的横截面形貌（a）、暗态电势（b）与光态电势（c）图像；横截面SKPM测量示意图（d）；有机太阳能电池的暗态（e）和光态（f）能带结构。陈立桅团队通过离子束冷冻切割技术，研究了钙钛矿太阳能电池中界面偶极对界面能带结构与光电转换效率的影响。为合理利用分子偶极矩改善电池的界面能带结构提供了关键思路与可靠实证，也充分展现了横截面SKPM 表征技术的关键作用
▲ 扫描探针电化学3D 打印技术：扫描微电解池技术（a）扫描微电解池技术构筑Cu 纳米线的装置示意图；（b）扫描微电解池技术构筑的具有直立、倾角、转角等线型结构的铜互连线
本书内容具有高度学科交叉、融合研究前沿的特点，作者团队凝聚来自国内七家单位的多位扫描探针电化学领域的资深专家和年轻学者共同完成这一非常具有挑战性的工作。除主创人员外，还包括厦门大学林昌健教授、詹东平教授，中国科学院化学研究所王栋研究员，西安交通大学李菲教授，中国科学院深圳先进技术研究院张杰副研究员、李文豪，中国科学院大连化学物理研究所张国辉副研究员，西安交通大学周彦助理教授、刘禹霖博士、赵宇翔博士，厦门大学韩联欢助理教授、许瀚涛博士，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王文元博士、赖君奇博士，中国科学院化学研究所王翔博士、沈珍珍博士。
本书是“十四五”时期国家重点出版物出版专项规划项目“电化学科学与工程技术丛书”分册，总主编孙世刚院士，并获得2024年度国家科学技术学术著作出版基金的资助。
本书不仅适用于电化学相关专业的高年级本科生、研究生及研究人员了解扫描探针显微术在电化学界面研究中的作用，而且可以为扫描探针显微术领域的研究人员推动方法学的创新发展提供参考。
本文摘编自《扫描探针电化学》（陈立桅、陈琪、文锐等编著. 北京 ：科学出版社，2024.9） 一书“前言”“第1 章 引 言”，有删减修改，标题为编者所加。
( 电化学科学与工程技术丛书 / 孙世刚总主编)
ISBN978-7-03-079409-3
责任编辑：李明楠
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。
本书不仅适用于电化学相关专业的高年级本科生、研究生及研究人员了解扫描探针显微术在电化学界面研究中的作用，而且可以为扫描探针显微术领域的研究人员推动方法学的创新发展提供参考。
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