2023 Fiscal Year Annual Research Report
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21K14586
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
森本 将行 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 特任助教 (60854669)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 固液界面 / ナノ計測 / 界面現象 / 機能性官能基 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体表面と溶媒分子やイオン種、溶質分子などの間で起こる界面現象を直接計測することは、そのメカニズムを理解することに留まらず新規材料設計に大きく貢献すると考えている。液中で起こる原子または分子スケールの界面現象を解明するために、原子分解能計測が可能な原子間力顕微鏡（AFM）計測技術と、固体表面の水和構造を計測することができる3次元走査型原子間力顕微鏡（3D-AFM）計測技術の進展が期待されている。そこで、AFM計測時の液中雰囲気を精密に制御することができるAFM計測技術を新たに開発し3D-AFMと組み合わせることで、固体表面やその近傍に存在する水分子やイオンなどの間に働く相互作用力を反映した吸着や脱着現象、さらには触媒反応メカニズムの解明を目的として研究を推進した。
これまでの研究成果として、電荷を有する機能性官能基が規則的に配列したモデル表面を構築し液中で3D-AFM計測を行った。モデル表面を構築することで、機能性官能基と溶媒分子、さらには溶存したイオン種との間に働く相互作用力を分子や官能基スケールでの理解が深まる。その結果、電荷を有する官能基表面にイオン種が関連した特徴的な界面現象を可視化することに成功した。また、AFMによる探針－表面間の相互作用力の計測を制御された液中雰囲気で行うために、新たにAFM計測セルの設計および開発を行った。このAFM計測セルを用いて、界面現象のモデルとして粒子吸着の解明に取り組んだ。具体的には、機能性官能基が規則的に配列したモデル表面で探針－表面間の相互作用力の計測と得られた力―距離曲線から特徴量を抽出し、統計解析を行うことで材料特性の理解や吸着メカニズムの解明を行った。
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