電気化学高速走査プローブ顕微鏡による固液界面反応の原子レベルダイナミクスの解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21750002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 湊 丈俊 Tohoku University, 国際高等研究教育機構, 助教 (10415309)
• Keywords: 表面科学 / 界面科学 / 走査プローブ顕微鏡 / 電気化学 / 結晶成長 / エッチング / 電気二重層 / 高速電子回路

Research Abstract

固体と液体の界面である「固液界面」で起きる化学反応を、原子レベルで直接観察する手法として電気化学走査プローブ顕微鏡(EC-SPM)が広く用いられているが、現状では通常の場合の観察速度が0.001-0.003枚/秒程度と遅く、反応の動的過程を観察することは出来ない。本研究では、高速液中原子間力顕微鏡(液中高速AFM)、電気化学走査トンネル顕微鏡(EC-STM)、ラジオ周波数走査プローブ顕微鏡(RF-SPM)の3つの技術を融合し、世界最高速度(10枚/秒以上)で観察可能なEC-高速SPMを開発することで、固液界面反応の動的過程を原子レベルで明らかにすることを目的としている。
本年度は、液中高速AFMとEC-STMを融合させることで、電極電位が制御可能なEC-高速AFMを作成した。AFM測定における試料ステージ上でサイクリックボルタグラムが測定できたことから、試料の電極電位の制御は確立されたと考えている。来年度以降、電極電位を制御しながら高速AFM観察を行いたいと考えている。また、代表的な固液界面反応である金の電気化学エッチング反応を電気化学走査トンネル顕微鏡で観察した。電極電位を徐々に正にシフトしていくと、表面で金原子が拡散した後、脱離していく過程が観察された。電極電位により、ステップの形状が円状を形成する場合と三角状を形成する場合が制御できることが明らかとなった。さらに、電極電位を変化させることで、ステップ近傍からの金原子の脱離と、テラスからの金原子の脱離が観測された。これらを組み合わせることで、電気化学エッチングによる金の表面構造制御が可能である事を示した。

Research Products

• [Journal Article] 絶縁体が見えるだけじゃない! (2010)
  • Author(s): 湊丈俊
  • Journal Title: 化学 65 Pages: 63-64
• [Journal Article] High-resolution Molecular Images of Rubrene Single Crystals with Frequency Modulation Atomic Force Microscopy (2009)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Hiroto Aoki, Hirokazu Fukidome, Thornton Wagner, Kingo Itaya
  • Journal Title: Applied Physics Letters 95 Pages: 093302-01-03
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local Electronic Structure of an Oxygen Atom Vacancy Defect on Titanium Dioxide(110)Surface (2009)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Yasuyuki Sainoo, Yousoo Kim, Hiroyuki S.Kato, Ken-ichi Aika, Maki Kawai, Hrvoje Petek, Tian Huang, Wei He, Bing Wang, Zhuo Wang, Yan Zhao, Jinlong Yang, J.G.Hou
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics 130 Pages: 124502-1-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic state observation of inner organic thin films beneath electrodes : fluorescence-yield X-ray absorption spectra of the pentacene derivative films (2009)
  • Author(s): Hiroyuki S.Kato, Ryota Hirakawa, Fumio Yamauchi, Taketoshi Minato, Maki Kawai, T.Hatsui, N.Kosugi
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 174 Pages: 93-99
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 液中高速走査プローブ顕微鏡による電気化学測定法の開発 (2010)
  • Author(s): 小林慎一郎, 繪面健, 湊丈俊, 森居隆史, 板谷謹悟
  • Organizer: 電気化学会第77回大会
  • Place of Presentation: 富山県富山市、富山大学
  • Year and Date: 20100329-20100331
• [Presentation] Development of electro-chemical measurements by high-speed atomic force microscopy in liquid (2010)
  • Author(s): Shin-ichiro Kobayashi, Takeshi Ezura, Taketoshi Minato, Takashi Morii, Kingo Itaya
  • Organizer: The 2010 WPI-AIMR Annual Workshop
  • Place of Presentation: Sendai, Japan、Sendai Excel hotel Tokyu
  • Year and Date: 20100325-20100327
• [Presentation] 二酸化チタン表面の原子欠陥の電子状態 (2010)
  • Author(s): 湊丈俊, 道祖尾恭之, Jin Zhao, Tian Huang, 金有洙, 加藤浩之, Wei He, Bing Wang, Zhuo Wang, Yan Zhao, 秋鹿研一, Jinlong Yang, J.G.Hou, Hrvoje Petek, 川合真紀
  • Organizer: 2010年春季第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川県平塚市、東海大学湘南キャンパス
  • Year and Date: 20100317-20100320
• [Presentation] STM/AFMによる有機単結晶表面・固液界面反応の研究 (2009)
  • Author(s): 湊丈俊
  • Organizer: 第29回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 東京都江戸川区、タワーホール船堀
  • Year and Date: 20091027-20091029
• [Presentation] 二酸化チタンの原子欠陥が生み出す電子状態 (2009)
  • Author(s): 湊丈俊, 道祖尾恭之, Jin Zhao, Tian Huang, 金有洙, 加藤浩之, Wei He, Bing Wang, Zhuo Wang, Yan Zhao, 秋鹿研一, Jinlong Yang, J.G.Hou, Hrvoje Petek, 川合真紀
  • Organizer: 第29回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 東京都江戸川区、タワーホール船堀
  • Year and Date: 20091027-20091029
• [Presentation] 二酸化チタン表面原子欠陥の電子状態 (2009)
  • Author(s): 湊丈俊, 道祖尾恭之, Jin Zhao, Tian Huang, 金有洙, 加藤浩之, Wei He, Bing Wang, Zhuo Wang, Yan Zhao, 秋鹿研一, Jinlong Yang, J.G.Hou, Hrvoje Petek, 川合真紀
  • Organizer: 第3回分子科学討論会2009名古屋
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市、名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 20090921-20090924
• [Presentation] 二酸化チタンの原子欠陥が創る電子状態 (2009)
  • Author(s): 湊丈俊, 道祖尾恭之, Jin Zhao, Tian Huang, 金有洙, 加藤浩之, Wei He, Bing Wang, Zhuo Wang, Yan Zhao, 秋鹿研一, Jinlong Yang, J.G.Hou, Hrvoje Petek, 川合真紀
  • Organizer: 2009年秋季第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 富山県富山市、富山大学
  • Year and Date: 20090908-20090911
• [Presentation] Molecular Structures of Pentacene and Rubrene Single Crystals Investigated by Frequency Modulation Atomic Force Microscopes (2009)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Hiroto Aoki, Thorsten Wagner, Kingo Itaya
  • Organizer: American Chemical Society Fall 2009 National Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: Washington D.C., United States of America、Convention Center
  • Year and Date: 20090815-20090819
• [Presentation] Spatial Distribution of Defect States induced by an Oxygen Atom Vacancy and Hydroxyl Impurity Defects on TiO_2(110)Surface (2009)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Yasuyuki Sainoo, Yousoo Kim, Hiroyuki S.Kato, Ken-ichi Aika, Maki Kawai, Hrvoje Petek, Tian Huang, Wei He, Bing Wang, Zhuo Wang, Yan Zhao, Jinlong Yang, J.G.Hou
  • Organizer: American Chemical Society Fall 2009 National Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: Washington D.C., United States of America、Convention Center
  • Year and Date: 20090815-20090819
• [Presentation] Molecular Structures of Organic Single Crystals Investigated by Frequency Modulation Atomic Force Microscopes (2009)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Hiroto Aoki, Thorsten Wagner, Kingo Itaya
  • Organizer: 12th International Conference on Noncontact Atomic Force Microscopy
  • Place of Presentation: Connecticut, United States of America、Yale Univ.
  • Year and Date: 20090810-20090814
• [Presentation] 走査プローブ顕微鏡による表面・界面反応の原子・分子レベルでの解明 (2009)
  • Author(s): 湊丈俊
  • Organizer: 平成21年度東日本分析化学若手交流会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市、秋保クレセント
  • Year and Date: 20090703-20090704
• [Presentation] Molecular reactions at surfaces/interfaces investigated by STM/AFM (2009)
  • Author(s): 湊丈俊(Invited)
  • Organizer: G-COE International Symposium on : "Dynamic Phenomena in Molecular Complex Chemistry"
  • Place of Presentation: Sendai, Japan、G-COE lecture room, Department of Chemistry, Tohoku University
  • Year and Date: 2009-10-23
• [Presentation] Atomic scale investigations at surface/interface by STM/AFM (2009)
  • Author(s): 湊丈俊(Invited)
  • Organizer: Temple University Seminar
  • Place of Presentation: Temple University, Pennsylvania, United States of America
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Atomic scale investigations at surface/interface by STM/AFM (2009)
  • Author(s): 湊丈俊(Invited)
  • Organizer: The New WPI-AIMR Joint Seminar
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市 東北大学金属材料研究所
  • Year and Date: 2009-05-29