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從理論到實踐：Allen J. Bard如何引領掃描電化學顯微鏡的革命？
扫描电化学显微镜（SECM）是一种用于测量液体/固体、液体/气体以及液体/液体界面局部电化学行为的技术。1989年，德克萨斯大学的电化学家Allen J. Bard首次对该技术进行了初步鉴定。从那时起，理论基础逐渐完善，使该技术广泛应用于化学、生物学和材料科学等领域。
通过在感兴趣的基底区域上精准移动超微电极（UME）尖端，SECM能够获取空间解析的电化学信号。SECM信号的解释基于扩散限制电流的概念。用户可以汇总二维栅格扫描的信息，生成表面反应性和化学动力学的图像。这项技术与表面等离子共振（SPR）、电化学扫描隧道显微镜（ESTM）和原子力显微镜（AFM）等其他表征方法相辅相成，能够对不同的界面现象进行深入探讨。
SECM不仅提供了地形信息，还经常用于探测固态材料的表面反应性、电催化材料、酶及其他生物物理系统。
随着电化学纳米电极（UME）在上世纪80年代的出现，SECM的敏感电化学分析技术得以发展。1986年，Engstrom进行的首次SECM类实验实现了对反应剖面和短寿命中间体的直接观察。不久之后，Bard使用电化学扫描隧道显微镜（ESTM）进行的实验表明，在较大尖端与样品之间距离下仍然能探测到电流，这与电子隧穿现象并不一致。这种现象与法拉第电流有关，促使对电化学显微镜进行更深入的分析。
Bard在1989年提出的理论基础也让人耳目一新，他首次提出“扫描电化学显微镜”这一名词。通过展示各种反馈模式的应用，Bard阐释了SECM的广泛实用性。随着理论基础的发展，SECM相关的出版物数量逐年增加，从1999年的约80篇逐渐攀升。SECM的流行不仅得益于理论的创新，也受到技术进步的推动，进一步拓展了实验模式，广泛的基底范围及提高了灵敏度。
操作原理
SECM通过在电解液中操纵超微电极尖端的电位，研究氧化还原对。通过施加足够负的电位，(Fe3+)离子在超微电极尖端被还原为(Fe2+)，从而产生扩散限制电流。
该过程中的电流变化与多个因素有关，包括氧化物种的浓度、扩散系数，以及超微电极尖端的半径。
SECM有两种主要操作模式：反馈模式和收集-生成模式。在反馈模式下，超微电极接近导电基底，电流会随之增加。与此相对，当探针接触绝缘表面时，因无法再生氧化物种，电流反而会降低。
应用领域
SECM已被用于探测固态材料表面的形态和反应性，跟踪离子晶体在水环境中的溶解动力学，筛选电催化材料，阐明酶的活性，以及研究合成和自然膜的动态传输等生物物理系统。早期的实验主要集中在固液界面，以及相较传统的电化学实验提供更高的空间分辨率与灵敏度。
近年来，SECM技术被改进用于探索液液和气液界面的化学转移动态。
在微结构化方面，SECM也用于表面的制造、图案化和微结构化。通过SECM配置可以执行扫描探针光刻（SPL）等操作，有助于研究金属沉积、表面蚀刻和表面通过酶的图案化反应等。结合电化学特性，SECM克服了常规微制造过程的尺寸限制。
总结
Allen J. Bard在扫描电化学显微镜的开发中所做出的贡献无疑是极为重要的。他的研究为后续的科学探索提供了不可替代的平台。而随着技术与理论的不断进步，SECM是否能够在未来引领新的科学发现，你认为呢？
