NAP – Réactivité aux Interfaces

NAP – Réactivité aux Interfaces

Photographie Université de Limoges – CarMaLim

Contexte et problématiques

  • Des décennies de recherches en science des surfaces réalisées en Ultra-Haut Vide (UHV) ont démontré l’efficacité de l’XPS pour l’étude des surfaces en particulier grâce à la forte section efficace d’interaction des électrons avec la matière qui restreint la profondeur d’analyse à l’extrême surface du matériau. Cependant, elle restreint également le parcours des électrons dans des environnements gazeux limitant longtemps les études à l’UHV et aux surfaces des solides.

  • Depuis les années 2000, une approche innovante, combinant de petites ouvertures d’analyseur (diamètre de l’ouverture de 0,3 mm) et des étages de pompage différentiel entre la chambre de travail et l’analyseur d’électrons, équipés de lentilles électrostatiques pour la refocalisation des électrons, a permis d’atteindre des pressions allant jusqu‘au millibar. Le premier appareil de Near Ambient Pressure XPS (NAP-XPS) a été installé à Berkeley en 1999-2000.

  • Ces innovations technologiques ont plusieurs conséquences. Sur l’étude des surfaces tout d’abord et la possibilité de les étudier en présence d’une phase gaz. D’un point de vue thermodynamique, cette augmentation de pression impacte significativement l’énergie libre de Gibbs, car le “facteur de pression” est égal à kT×log P. À température ambiante, ce facteur se traduit par une différence notable de 0,3 eV entre l’UHV (~10-10 mbar) et les pressions atmosphériques. De telles modifications de l’énergie libre peuvent induire des changements importants dans la structure et la stabilité d’une surface. Mais ces innovations ont aussi rendues accessibles par XPS l’études des interfaces solide/liquide et liquide/gaz ouvrant des champs de recherche entiers. Ceci se traduit aujourd’hui par une variété importante d’environnements échantillons accessibles sur appareils synchrotron et de plus en plus sur des systèmes de laboratoire (dip and pull, cellule liquide, cellule électrochimique…).

  • De telles évolutions ouvrent tout un champ d’applications nouvelles pour les chercheurs et c’est dans ce cadre que le défi scientifique ‘NAP – Réactivité aux interfaces’ de la Fédération de Recherche CNRS SPE se situe.

Objectifs

Les objectifs du défi “NAP – Réactivité aux Interfaces” sont de :

  • Recenser les besoins de la communauté.
  • Promouvoir la NAP auprès des différentes communautés scientifiques intéressées
  • Informer la communauté sur les opportunités liées au NAP-XPS (accès en Europe, environnements échantillons existants…)
  • Encourager les collaborations et le montage de projets
  • Apporter une réflexion sur les problématiques liées à l’utilisation de la NAP
Évolutions méthodologiques combinant la NAP-PES

Etudes aux Interfaces

Liquide – Gaz   

Solide – Gaz 

Solide – Liquide

TEMPO (Synchrotron SOLEIL) in J. Phys. Chem. C 2023, 127, 32, 15825–15838
CIRCE (Synchrotron ALBA)
HiPPIE (Synchrotron MAX IV) in ACS Catal. 2024, 14, 7, 4489–4500

Energie d’excitation

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Environnement échantillon

References bibliographiques :

  • L. Trotochaud, A.R Head, O. Karslıoğlu, L. Kyhl, H. Bluhm
    Ambient pressure photoelectron spectroscopy: Practical considerations and experimental frontiers
    Journal of Physics: Condensed Matter, Volume 29, DOI 10.1088/1361-648X/29/5/053002
  • J. Schnadt, J. Knudsen, N. Johansson
    Present and new frontiers in materials research by ambient pressure x-ray photoelectron spectroscopy
    Journal of Physics: Condensed Matter, Volume 32, Number 41, DOI 10.1088/1361-648X/ab9565

Contacts :
Héloïse Tissot (Animatrice) :
Luis Cardenas (Animateur) : luis.cardenas_at_ircelyon.univ-lyon1.fr

Voir Les membres du défi scientifique “NAP – Réactivité aux Interfaces”