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

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21750002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 湊 丈俊 東北大学, 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

電極表面など固液界面における化学反応を原子レベルで解明する手法として、電気化学走査プローブ顕微鏡が用いられているが、一般に使われる現状の装置では走査速度が遅く、界面における高速なダイナミクスを観測することは出来ない。本研究では、1秒間に10枚以上の画像を取得できる電気化学高速走査プローブ顕微鏡を作製し、これまで不明であった固液界面のダイナミクスを解明することにある。
これまで、金沢大学の安藤敏夫教授らが開発したカウンターバランス法やアクティブダンピング法を用い、さらに試料の電極電位を制御可能なシステムを構築することで、1秒間に10枚以上の高速観察が電気化学高速走査プローブ顕微鏡を作成した。本年度は、この装置を用いて、固液界面におけるダイナミクスの解明を進めた。具体的には、金電極上のハロゲンイオンの拡散、反応挙動、半導体電極上における溶解反応など、工業的に重要ながらもその基礎的な解明が行われていない系について、原子レベルでの機構解明を行った。これらの反応については、これまで既存の電気化学走査プローブ顕微鏡を用いた研究を行っており、原子レベルでの観測に成功している。さらに発展的にダイナミクスを観測することで、電極表面における反応機構を解明したい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、1秒間に10枚以上の画像を取得できる電気化学高速走査プローブ顕微鏡を作製し、これまで不明であった固液界面のダイナミクスを解明することにあった。既に当該装置は作製され、固液界面における化学反応の解明を進めている。よって、目標は順調に達成していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

金属電極上のハロゲンイオンの拡散、反応挙動、半導体電極上における溶解反応など、工業的に重要ながらもその基礎的な解明が行われていない系について、原子レベルでの機構解明の詳細をさらに検討する。これらの反応については、これまで既存の電気化学走査プローブ顕微鏡を用いた研究を行っており、原子レベルでの観測に成功しているが、未だ不明な点も多く、それらの解明を進める。

Research Products

• [Journal Article] Aerobic oxidation of alcohols in the liquid phase with nanoporous gold catalysts (2012)
  • Author(s): Naoki Asao, Naoya Hatakeyama, Menggenbateer, Taketoshi Minato, Eisuke Ito, Masahiko Hara, Yousoo Kim, Yoshinori Yamamoto, Mingwei Chen, Wei Zhang, Akihisa Inoue
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 48 Pages: 4540-4542
  • DOI: 10.1039/c2cc17245c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoporous Copper Metal Catalyst in Click Chemistry : Nanoporosity-Dependent Activity without Supports and Bases (2011)
  • Author(s): Tienan Jin,, Mei Yan, Menggenbateer, Taketoshi Minato, Ming Bao, Yoshinori Yamamoto
  • Journal Title: Adv.Synth.Catal. Volume: 353 Pages: 3095-3100
  • DOI: 10.1002/adsc.201100760
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 二酸化チタンの表面欠陥の原子レベルでの物性解明 (2012)
  • Author(s): 湊丈俊、梶田晴司、Pang Chi Lun、浅尾直樹、山本嘉則、中山隆史、川合真紀、金有洙
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学、神奈川県横浜市(講演賞受賞)
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] ナノポーラス構造を有するバイメタリックPd-Au触媒を用いた環状共役エノンの1,4-ヒドロシリル化 (2012)
  • Author(s): 陳強、金鉄男、湊丈俊、田中信也、山本嘉則
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 表面科学的手法によるナノポーラス金触媒上の有機化学反応の機構解明 (2012)
  • Author(s): 湊丈俊、伊藤英輔、石川敬章、畠山直也、伊藤隆、原正彦、金有洙、浅尾直樹、山本嘉則
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 表面科学的手法による触媒反応/固体物性の解明 (2012)
  • Author(s): 湊丈俊
  • Organizer: 科学技術研究費補助金自然エネルギー貯蔵を目指す新しいアンモニア吸蔵剤の研究最終報告会
  • Place of Presentation: 東京工業大学、東京都目黒区(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] STM/STS study of LixCoO2 single crystals (2012)
  • Author(s): Katsuya Iwaya, Taketoshi Minato K.Miyoshi, Yousoo Kim, Taro Hitosugi
  • Organizer: The American Physical Society March Meeting 2012
  • Place of Presentation: Convention Center, Boston, Massachusetts, USA
  • Year and Date: 2012-02-28
• [Presentation] Atomic defects on titanium dioxide surface-Electronic structure & manipulation- (2012)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Chi Lung Pang, Seiji Kajita, Naoki Asao, Yoshinori Yamamoto, Takashi Nakayama, Maki Kawai, Ysousoo Kim
  • Organizer: The 5th workshop in the Towards Reality in Nanoscale Materials
  • Place of Presentation: Levi, Finland
  • Year and Date: 2012-02-23
• [Presentation] STM study of LixCoO2 single crystals (2012)
  • Author(s): Katsuya Iwaya, Taketoshi Minato K.Miyoshi, J.Takeuchi, Yousoo Kim, Taro Hitosugi
  • Organizer: The 2012 WPI-AIMR Annual Workshop
  • Place of Presentation: International Center, Sendai, Miyagi, Japan
  • Year and Date: 2012-02-21
• [Presentation] Aerobic Oxidation of Alcohols in the Liquid Phase with Nanoporous Gold Catalysts (2012)
  • Author(s): Naoki Asao, Naoya Hatakeyama, Taketoshi Minato, Yoshinori Yamamoto, Mingwei Chen, Wei Zhang, Akihisa Inoue
  • Organizer: The 2012 WPI-AIMR Annual Workshop
  • Place of Presentation: International Center, Sendai, Miyagi, Japan
  • Year and Date: 2012-02-21
• [Presentation] Mechanism of organic chemical reactions on nano-porous gold (2012)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Eisuke Ito, Yoshifumi Ishikawa, Naoya Hatakeyama, Masahiko Hara, Yousoo Kim, Naoki Asao, Yoshinori Yamamoto
  • Organizer: The 5th workshop in the Towards Reality in Nanoscale Materials
  • Place of Presentation: Levi, Finland
  • Year and Date: 2012-02-21
• [Presentation] Atomic defect control on titanium dioxide surface by scanning tunneling microscopy (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Chi Lung Pang, Seiji Kajita, Naoki Asao, Yoshinori Yamamoto, Takashi Nakayama, Maki Kawai, Yousoo Kim
  • Organizer: The 6th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: Tower Hall Funabori, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2011-12-12
• [Presentation] Surface science studies on Atomic defects on TiO2 and Nano-porous Au (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato
  • Organizer: Materials Science Laboratory Seminar
  • Place of Presentation: Harvard University, USA(Invited Lecture)
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] Atomic scale investigation at surface/interface by STM/AFM (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato
  • Organizer: Electrochemical Energy Laboratory Seminar
  • Place of Presentation: Massachusetts Institute of Technology, USA(Invited Lecture)
  • Year and Date: 2011-12-06
• [Presentation] Atomic hydrogen desorption from titanium dioxide surfaces by scanning tunneling microscopy (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Chi Lung Pang, Seiji Kajita, Naoki Asao, Yoshinori Yamamoto, Takashi Nakayama, Maki Kawai, Yousoo Kim
  • Organizer: The 2011 Materials Research Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Convention Center, Boston, USA
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] Reaction mechanism of organic reactions on nano-porous gold catalysts (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Eisuke Ito, Yoshifumi Ishikawa, Naoya Hatakeyama, Masahiko Hara, Yousoo Kim, Naoki. Asao, Yoshinori Yamamoto
  • Organizer: The 2011 Materials Research Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Convention Center, Boston, USA
  • Year and Date: 2011-11-27
• [Presentation] STMによる金属酸化物の原子欠陥の研究 (2011)
  • Author(s): 湊丈俊、Pang Chi Lun、梶田晴司、浅尾直樹、山本嘉則、中山隆史、川合真紀、金有洙
  • Organizer: 第2回表面科学若手研究会
  • Place of Presentation: 独立行政法人理化学研究所、埼玉県和光市
  • Year and Date: 2011-11-20
• [Presentation] Physical properties of atomic defects on titanium dioxide surface-A scanning tunneling microscope study- (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Maki Kawai, Yousoo Kim
  • Organizer: The 1st Annual World Congress of Nano-S&T
  • Place of Presentation: Convention Center, Dalian, China(Invited Lecture)
  • Year and Date: 2011-10-26
• [Presentation] Atomic defects on titanium dioxide surfaces (2011)
  • Author(s): Taketoshi Minato, Maki Kawai, Yousoo Kim
  • Organizer: China-Japan Joint Symposium on Current and Future Molecular Electronics
  • Place of Presentation: Nanjing University, Nanjing, China
  • Year and Date: 2011-10-25
• [Presentation] 表面科学的手法によるナノポーラス金属の触媒作用の機構解明 (2011)
  • Author(s): 湊丈俊
  • Organizer: 独立行政法人産業技術総合研究所セミナー
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所、茨城県つくば市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-18
• [Presentation] 二酸化チタン表面欠陥の操作反応の機構解明 (2011)
  • Author(s): 湊丈俊、Pang Chi Lun、梶田晴司、浅尾直樹、山本嘉則、中山隆史、川合真紀、金有洙
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋第66回年次大会
  • Place of Presentation: 富山大学、富山県富山市
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] ナノポーラス金触媒による有機化学反応の機構解明 (2011)
  • Author(s): 湊丈俊、伊藤英輔、石川敬章、畠山直也、原正彦、金有洙、浅尾直樹、山本嘉則
  • Organizer: 第5回分子科学討論会2011札幌
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、北海道札幌市
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 走査トンネル顕微鏡による金属酸化物の原子レベルでの物性解明 (2011)
  • Author(s): 湊丈俊、金有洙、川合眞紀
  • Organizer: 2011年度物理化学コロキウム「東北地区物理化学研究-その現状と将来」
  • Place of Presentation: 東北大学,宮城県仙台市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 表面科学的手法による原子・分子レベルでの物性解明 (2011)
  • Author(s): 湊丈俊
  • Organizer: Chemistry and Fundamental Science
  • Place of Presentation: 東京大学・駒場キャンパス、東京都駒場
  • Year and Date: 2011-05-06