2019 Fiscal Year Annual Research Report
Visualization of Electrocatalytic Activities on Two-Dimensional Materials by Nanoscale Electrochemical Imaging
| Project/Area Number |
16H06042
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
熊谷 明哉 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50568433)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 分析化学 / 電気化学 / 走査型プローブ顕微鏡 / 二次元電子系材料 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンなどの二次元電子系材料は、原子１層が二次元的に理想的な原子構造を構成しており、その物性はベルク特性を凌駕する特異性を示す。この特異性は、蓄電・創電などのエネルギー応用においても同様に高機能性を示すが、その特異性が発現する領域の特定やメカニズム理解には高空間分解能を有する電気化学計測システムによる分析・評価が必要である。本研究では、サブマイクロメートル以下の高空間分解能をもつナノ電気化学セル顕微鏡の可視化技術：ナノ電気化学イメージングを用いて、二次元材料の電極触媒反応の可視化を行った。ナノ電気化学イメージング技術は、通常の試料全体を電解液に浸漬させるバルク体に対する電気化学計測とは異なり、電解液を充填したガラスピペットの先端と試料表面に形成される微小液滴を電気化学セルとして利用することで、局所領域における電極触媒能を分析・評価する。更に、ピペットを走査することでその反応性を可視化する。空間分解能はピペットの開口径に依存するため、ピペットの開口径：50 nm程度の空間分解能を達成している。本技術を用いて様々な二次元材料を検証した結果、例えば、炭素原子から構成されるグラフェンにおいては、そのエッジ領域や構造により、メディエーターによる酸化還元反応・水素発生反応・酸素還元反応に関連する電気化学反応に高反応性の可視化に成功した。また、窒素やリンなどの化学修飾や構造欠陥の導入による電極触媒反応：水素発生能の可視化とその定量評価にも成功した。更に、本技術を他の二次元材料：MoS2やWS2、もしくは二次元シート状有機材料への展開も成功し、その電極触媒能のナノ電気化学イメージングの取得に成功した。これらの知見を利用し、高電極触媒能を有する材料設計方針へと展開可能となりつつある。
|
| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Research Products
(14 results)
