导电尖端进行扫描，测量尖端和样品间流过的扫描电流强度。通过结合这些测量结果，科学家可以绘制出地表面原子的电子密度图，即电子在空间中的排列方式。在对照STM图像处理前后的图像，研究小组发现，分别对应于富钒和富铋表面的原子排列模式有明显的不同。“结合STM和LEIS，我们能够识别出这种光电极材料最顶层的原子结构和化学元素，”CFN界面科学和催化组的科学家，实验中使用多探针表面分析系统的主任、文章共同作者Xiao Tong说，“这些实验证明了该系统在基础研究应用中探索表面主导结构-性质关系的能力。”“我们的第一原理计算提供了丰富的信息，包括表面的电子特性和原子的确切位置，”文章共同作者、Galli团队的博士后研究员Wennie Wang说，“这些信息对于解释实验结果至关重要。”在证明化学处理成功改变了第一层原子后，研究小组比较了处理样品和未处理样品的光诱导电化学行为。Choi说:“实验和计算结果都表明，富铋的表面能产生更有利的表面能量，并提升水分解的光电化学性质。”“此外，这些表面产生了更高的光电压。”很多时候，光粒子(光子)不能提供足够的能量来分解水，所以需要一个外部电压来帮助完成化学反应。从能源效率的角度来看，应该尽可能少使用额外电力。“当钒酸铋吸收光时，它会产生电子和空穴，”Liu说，“这两种载流子都需要足够的能量来完成水分解反应所需的化学反应:空穴将水氧化为氧气，电子将水还原为氢气。虽然空穴有足够的能量，但电子没有。我们发现，以铋为末端的表面使电子跃迁至更高的能级，吸收更多的能量，使反应更容易。”由于空穴很容易与电子重新结合，而不是被转移到水中，研究小组新增了一组实验，以了解表面终端对光电化学特性的直接影响。他们测量了亚硫酸盐氧化两种样品的光电流。亚硫酸盐是硫和氧的化合物，是一种“空穴清除剂”，这意味着它能在空穴有机会与电子重新结合之前迅速吸收空穴。在这些实验中，铋端表面也增加了产生的光电流。“电极表面尽快进行这种化学作用是很重要的，”Liu说，“接下来，我们将研究如何助催化剂应用于富含铋的表面，从而加速电流从孔洞向水中的输送。”