| Project/Area Number |
20J20967
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小山田 伸明 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 表面増強ラマン散乱(SERS) / 局在表面プラズモン共鳴（LSPR） / 分子マニュピレーション / 電気化学界面 / 水素発生反応(HER) / 電気化学in-situ測定 / 固液界面分子凝集 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では光と物質の間における相互作用について化学反応性やエネルギー準位の側面から分光学的な理解を試みる。伝搬光を金属のプラズモンと共鳴させることにより界面にてナノスケールで電場が局在化することを利用し、光のエネルギーを選択的に物質に作用させた際に物質の運動やエネルギー準位に変調が生じるかを観測する。観測手法には回転・振動準位を可視化追跡できるラマン散乱、特に上記の電場増強による界面選択的な表面増強ラマン散乱を用いる。これらの計測によって見込まれる成果は分子選択的な溶媒中の運動の制御、すなわち光トラッピングと局在化した電場分布による化学反応変調の理解といった究極的な分子操作手法の確立である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気化学反応を始めとする界面化学反応の更なる制御のためには、分子の構造や運動などの状態制御を含めた反応設計が重要とされる。過年度の実験からは光圧作用場では分子運動が変調され分子状態が変化することを見出した。これを踏まえた本年度の研究では光圧作用場での分子操作の可能性を模索し、プラズモン共鳴により局所化した光局在場での分子構造の把握、そして分子共鳴状態形成による反応性の変化を確認することを目的とした。2020年度、2021年度において最適化された表面増強ラマン散乱分光法を使い、電極界面の水分子をターゲットとした電気化学反応中のin-situ分光観測を行うと同時に、ビデオ画像の自動解析による水素発生反応量の定量化に着手した。
気体発生反応下でも顕微測定が可能な静水圧系での電気化学分光測定系を最適化し、種々の金属構造での水素発生反応の観測に成功した。本年度ではナノ構造体を電極上に作成し、これらの原子間力顕微鏡や走査型電子顕微鏡による表面評価、消光や散乱による分光学的評価、更に時間領域差分法による電場シミュレーション評価を行った。
プラズモン活性な電極では、負電位領域における水素発生に関与する水分子が電気化学電位に応じて異なるスペクトル形状を与えることを検証したほか、重水と軽水を混合した系でのカチオン依存性等の実験において水和構造が与える影響を解明することに成功し、電極界面の水分子反応素過程の変調が起こることを明らかとした。これらの知見を集約し、リソグラフィー法によってナノ構造体を周期的に配列した際には、高過電圧・高圧力下での泡の発生量が構造に依存して変化することを見出し、光圧作用場でのナノ構造による電気化学反応極限制御に新たな指針を提唱することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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