Molecular dynamics at electrode interfaces using time-resolved interface-selective nonlinear spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01896
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Nihonyanagi Satoshi 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30443972)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 界面水 / 超高速時間分解測定 / 電気化学

Outline of Final Research Achievements

For steady-state spectral measurements, we succeeded in measuring heterodyne-detected vibrational sum frequency generation spectra of water at a platinum electrode/electrolyte solution interface. In addition, HD-VSFG measurements of water at gold/water interfaces were found to be possible, using 400 nm light as a visible incident light. For time-resolved spectral measurements, we succeeded in determining the vibrational relaxation time of water at silica/aqueous solution interfaces. Furthermore, an optical parametric amplifier was constructed for input pulses of 5 kHz, 0.4 mJ to generate infrared excitation pulses. Using this infrared excitation pulse and electrochemical HD-VSFG spectrometer, a time-resolved electrochemical HD-VSFG spectrometer was successfully constructed.

Free Research Field

界面分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電気化学の根幹である電極溶液界面において界面水のＨＤ－ＶＳＦＧ分光測定に成功したことはそれだけでも界面分子科学の進展において極めて重要な一歩である。これをきっかけにして電極触媒能と界面水の配向の関係について今後さらに明確なデータに基づいて明らかとなることが期待できる。さらに、本研究で達成されたシリカ／水界面の時間分解ＨＤ－ＶＳＦＧ分光測定および電極界面に適用可能な時間分解ＨＤ－ＶＳＦＧ分光装置の構築は電極をはじめとする固液界面の動力学研究におけるブレークスルーと呼べるもので極めて重要な成果である。これらの知見や方法論を活用して今後界面の動力学研究が飛躍的に進展することが期待できる。