SOR光利用表面X線吸収分光法による電極/溶液界面のその場構造解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09740509
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 近藤 敏啓 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70240629)
• Keywords: シンクロトロン軌道放射(SOR)光 / 表面X線吸収分光(SXAS) / EXAFS / XANES / p-GaAs(100) / Cu / 表面X線回折 / 電気化学エッチング

Research Abstract

本研究は、in situ表面X線吸収分光(Surface X-ray Absorption Spectroscopy,SXAS)測定により、金属・半導体単結晶電極/溶液界面の構造および電極上に構築した機能性有機単分子層の構造を原子・分子レベルで評価し、既存のSTM/AFMやFT-IR、SHG測定結果との比較検討から、界面構造を詳細に解析することを目的としている。主な研究対象として、1)金単結晶電極表面の酸化物形成/還元過程の金原子間距離および金原子の電子状態変化の追跡、2)半導体電極(Si、GaAsなど)上に形成される金属層の構造の解析と制御、3)機能性有機単分子層修飾電極上の有機分子の吸着構造の決定と電極電位に依存した配向の追跡、4)UPD過程における析出金属の構造決定と基板原子構造変化の追跡などである。今年度の研究成果を下に記す。
単結晶電極の表面に視斜角数ミリラジアンでSOR光を入射可能なダイフロン製のin situ電気化学セルを設計・作製した。原子レベルで平坦なp型GaAs(100)単結晶電極を作製した電気化学セルにセットし、高エネルギー物理学研究所放射光実験施設のBL13C(管理責任者:大柳宏之氏(電子技術総合研究所基礎物質研究室長))にて、セルをゴニオメーター上に取り付け、Cuの析出過程にともなう構造変化を蛍光X線収量法でSXAS測定した。X線吸収端スペクトル(XANES)から、吸着量にかかわらず、電析したCuはCuイオンではなく金属Cuとして吸着していることがわかった。X線吸収微細構造スペクトル(EXAFS)から、吸着量が1単原子層以下の場合Cu-Cu間の距離が通常の原子間距離(2.56Å)より短い2.1Å程度で配位数1〜2のナノクラスター(つまりダイマーまたはトリマ-)を形成していることがわかった。またこの低吸着量の場合にはCu原子に配位している水分子の存在も確認され、その原子間距離は1.9Åであった。
また、表面X線回折実験により、塩酸溶液中のp型GaAs(100)表面の電気化学的エッチング過程を追跡し、表面とは異なる方位(111方向)にエッチングされていくことがわかった。この結果はAFM測定においてもピラミッド型の表面構造が観察されたことにより確認された。

Research Products

• [Publications] T.Kondo: "Coverage Dependent Sturcture ofElectrochemically Deposited Cu on p-GaAs (100) in H_2SO_4 Solution Determined by In Situ Surface X-Ray Absorption Fine Structure Spectra" Chem.Lett.1997. 761-762 (1997)
• [Publications] K.Tamura: "Copper Nanoclusters Electrochemically Deposited on p-GaAs (100) in H_2SO_4 Solution Probed by Surface-Sensitive XAFS" J.Surf.Anal.3. 498-501 (1997)
• [Publications] K.Uosaki: "Structural Study of Electrochemically Deposited Copper on p-GaAs (100) by Atomic Force Microscopy and Surface X-ray Abaoeprion Fine Structure Measurement" Appl.Surf.Sci.122. 102-106 (1997)
• [Publications] K.Uosaki: "In Situ Observation of Anodic Dissolution Process of p-GaAs (001) in HCl Solution by Surface X-ray Diffraction" J.Electroanal.Chem.429. 13-17 (1997)
• [Publications] T.Konodo: "pH Dependent Photoinduced Electron Transfer at the Gold Electrode Modified with Self-Assembled Monolayer of a Porphyrin-Mercaptoquinone Coupling Molecule" J.Electroanal.Chem.438. 121-126 (1997)
• [Publications] K.Uosaki: "Very Efficient Visible-Light-Induced Up-hill Electron Transfer at a Self-Assembled Monolayer with a Porphyrin-Ferrocene-Thiol Linked Molecule" J.Am.Chem.Soc.119. 8367-8368 (1997)
• [Publications] 近藤 敏啓: "光化学エネルギー変換(金子正夫編)" アイ・ピ-・シ-, 446 (1997)