Seminar: Ayman. A. El-Zoka, GPM de Rouen

Les réactions aux interfaces solide-liquide et solide-gaz sont au cœur de la corrosion, de la catalyse, du stockage de l’énergie et de la métallurgie durable, mais leur étude directe à l’échelle atomique reste un défi majeur. Les atomes et les ions interfaciaux ne sont généralement accessibles que par la modélisation numérique ou par des techniques spectro-électrochimiques, qui ne fournissent que des informations indirectes. L’imagerie directe exige une résolution à l’échelle atomique, une sensibilité chimique égale pour les éléments légers et lourds, et une compatibilité avec les liquides et les gaz réactifs sous ultravide.
La sonde atomique tomographique cryogénique (cryo-SAT) est une technique émergente qui répond à ces défis.¹, ² La cryo-SAT préserve les interfaces réactionnelles à l’état gelé et les analyse en trois dimensions avec une résolution quasi atomique et une sensibilité équivalente pour tous les éléments, y compris l’hydrogène. Toutefois, des avancées restent nécessaires pour permettre l’utilisation routinière de la cryo-SAT dans l’étude des réactions (électro)chimiques d’intérêt en phases liquide, solide et gazeuse.
Cet exposé présente les développements de la cryo-SAT, notamment de nouveaux modules qui permettent de réaliser des réactions électrochimiques, ainsi que gaz-solide, directement sur des pointes de sonde atomique, avant leur transfert à froid et leur analyse.¹⁻⁴ Les exemples incluent le désalliage d’AgAu, la corrosion du cuivre, l’adsorption de l’iodure sur des surfaces nanoporeuses³ et la réduction directe de FeO par l’hydrogène.⁴, ⁵ Les observations révèlent la progression de la corrosion à différentes échelles de temps, pour le désalliage d’AgAu comme pour le cuivre, ainsi qu’une interface clairement appauvrie en oxygène lors de la réduction de FeO.

Références
1. El-Zoka, A. A., Kim, S.-H., Deville, S., Newman, R. C., Stephenson, L. T., Gault, B. Enabling near-atomic-scale analysis of frozen water. Sci. Adv. 6, eabd6324 (2020).
2. Stender, P., Gault, B., Schwarz, T. M., Woods, E. V., Kim, S.-H., Ndiaye, M., Meng, K., Schmitz, G., El-Zoka, A. A. et al. Status and direction of atom probe analysis of frozen liquids. Microsc. Microanal. 28 (2022).
3. Waszkiewicz, O. R., El-Zoka, A. A., Ryan, M. P. Advancements in cryogenic-atom probe tomography to directly resolve electrochemical interfaces at the atomic scale. Microsc. Microanal. 30 (Suppl. 1), ozae044.044 (2024).
4. El-Zoka, A. A., Kim, S.-H., Tezins, U., Vogel, D., Sturm, A., Raabe, D., Gault, B., Stephenson, L. T. Laser-equipped gas reaction chamber for probing environmentally sensitive materials at near atomic scale. PLoS ONE (2022).
5. El-Zoka, A. A., Stephenson, L. T., Kim, S.-H., Gault, B., Raabe, D. The fate of water in hydrogenbased iron oxide reduction. arXiv:2301.06391 (2023).