Operando EC-STM揭示了电化学控制下的原子尺度表面动力学，了解电极表面如何在电化学控制下演变对于在电化学界面建立结构-功能关系至关重要。电化学扫描隧道显微镜（EC-STM）使这成为可能，使原子尺度的可视化电极表面操作-直接相关的结构变化与施加的电位在真实的时间。
在这里，我们使用成熟的Au（111）/H2SO 4模型系统演示了我们的操作EC-STM平台的功能。该基准突出了EC-STM如何提供动态表面重构的空间和时间分辨信息，这些信息仅通过常规电化学测量是无法获得的。
Au（111）/H2SO 4体系是表面科学中表征最彻底的电化学界面之一，使其成为新平台的理想基准。我们的研究集中在电化学双电层区域，下面的金氧化的发病，循环伏安法（CV）显示与表面重建和硫酸盐吸附的提升相关的特征。通过将电化学控制与高分辨率STM成像相结合，我们将这些伏安特征直接连接到真实空间的表面变换。
在浸没后的阴极电位（-0.3 V/Pt）下，EC-STM图像显示出由单原子台阶分隔开的大的、有序的台阶——这是重建的Au（111）表面的特征。随着电极电位在阳极方向上步进，出现明显的形态变化：岛的形成和不断发展的台阶边缘出现在对应的循环伏安图中的功能。
在Au（111）电极上在0.1 M H2SO 4中以不同电位记录的EC-STM图像（300 x 300 nm）的示例
第一个伏安峰（~ 0.25V/Pt）与稀疏的金岛的出现相关，标志着重建提升的开始。第二个峰（-0.15 V/Pt）伴随着越来越多地覆盖阶地的小的单原子岛的进一步生长。在更高的阳极电位（-0.05V/Pt）下，观察到更少但明显更大的岛。
这些观察结果与人们熟知的重构提升机制一致：重构的Au（111）表面比未重构的表面具有更高的原子表面密度。当重建被解除时，多余的金原子被转移到表面并重新组装成岛屿。Au（111）表面在H2SO4中的伏安图，显示出归因于表面重构提升的峰动力学在恒定电位下的时间分辨成像显示，在电化学电流恢复到接近零之后，表面动力学持续很长时间。在从-0.2 V/Pt到-0.15 V/Pt的电位阶跃之后，连续的EC-STM图像显示在仅从电流测量看起来完全稳定的条件下，在几分钟的过程中岛成核、生长和溶解。这直接说明了传统电化学的一个关键限制：电流测量在整个电极上进行空间平均，并且不携带关于局部、正在进行的结构重排的信息。EC-STM使这些隐藏的动态变得可见。
连续的EC-STM图像（150 x 150 nm）说明了通过步进样品电势开始后表面重构的动态性质
综合来看，这些结果说明了operando EC-STM作为表征工具的两个核心优势：
直接的结构-电化学相关性：伏安特征可以明确地分配给特定的表面转化，而不是从间接信号推断。
访问隐藏的动态：电化学沉默的表面过程（对电流或电荷测量不可见）在真实的空间和真实的时间中是可直接观察的。
平台功能除了这一基准系统，EC-STM平台还被应用于电催化、能量转换和功能电极材料等领域，在这些领域，了解真实条件下的动态表面行为至关重要。该平台围绕可定制的液体池设计而构建，可保持与恒电位仪和STM控制器的标准接口，同时适应各种样品几何形状、材料和电解质条件。
在电位控制下进行填充和成像，从与电解质接触的第一时刻起保持表面状态密封的惰性传送梭，可将样品直接从手套箱无空气传送到EC-STM
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