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2015 Fiscal Year Annual Research Report

電気化学表面力装置による固-液界面評価

Research Project

Project/Area Number 26248002
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

栗原 和枝  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (50252250)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 粕谷 素洋  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00582040)
Project Period (FY) 2014-06-27 – 2018-03-31
Keywords表面・界面 / 表面力測定
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、申請者が開発した電気化学表面力装置を用いて、電解液を挟む電極表面間の相互作用を直接測定し、印加電位を変化させた時の電極の有効電位やイオン吸着などの基本的な特性の評価手法を確立することを目的とする。さらに、金や白金など代表的な電極について特性を解明することを目的とする。またフェロセンなど化学修飾電極における対イオン吸着特性の解明を行う。これらの結果とpHなどの界面の局所イオン濃度を定量的に評価できる分光表面力装置と合わせ、ナノ微細空間の電気化学の分子的描像を解明する。
本年度は,金電極表面について、前年度に評価した過塩素酸カリウム水溶液中に加えて、アニオン種を変えて表面力測定を印加電位制御下で行った。得られた表面力曲線のDLVO理論による解析から、表面電位・電荷密度に対するイオン吸着の影響について、各印加電位において系統的に明らかにすることができた。加えて、前年度に調製法を確立した白金電極表面について、電気化学表面力装置を用いて測定を開始し、電気二重層斥力から表面電位・電荷密度を定量的に見積れることを確かめた。
また、蛍光分光SFAを用いたpHプローブの蛍光スペクトル測定により、固-水界面の局所pHに対する基板依存性について,雲母,シリカ,アルミニウムの3種を調べ、表面が負に帯電する雲母、シリカ表面の場合は界面pHがバルクより減少し、表面が正に帯電するアルミニウム表面の場合は界面pHが増加することを見出した。これは、表面が負電荷の場合は対イオンであるプロトンがの電気二重層で増加、正電荷の場合は減少することによると考えられる。
さらに、電気化学表面力装置による電極表面間のナノ空間における電解液の電極電流の測定手法を確立した。この手法を、白金電極表面間のフェリシアン-フェロシアン水溶液に適用して、電極電流の電極間距離依存性による特性検討を開始した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度までに予定していた電気化学表面力装置を用いた金・白金電極およびフェロセン修飾における表面電荷とイオン吸着の評価,蛍光分光表面力装置を用いた雲母,シリカ、アルミニウムと水との界面のpH評価を順調に行い、また、電極表面間のナノ空間における電極反応の観測手法を確立できた。さらに、来年度以降に予定していた白金電極表面間の酸化還元対水溶液における電極反応の観測も行うことができた。
以上の結果から「(1)当初の計画以上に進展している。」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、電気化学表面力装置による白金電極の表面電位・電荷密度の評価について、さらにイオン種を変える等の詳細な検討を行い、イオン吸着と表面電位・電荷密度の相関について調べる。
また、本年度、測定法を確立した電極表面間距離を制御した電解液における電極反応の観測手法について、nmオーダーの電極間近距離で観測される電流測定に適用し、溶液中の電解質種や濃度等の条件を変えて、詳細な検討を行い、増幅条件と機構の解明を行う。
さらに、電池等の電気化学デバイスに用いられる電極材料について、表面力測定で用いることが可能な清浄・平滑な試料表面が得られるか、調製方法等を検討する。

  • Research Products

    (23 results)

All 2016 2015

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 8 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Anion Adsorption on Gold Electrodes Studied by Electrochemical Surface Forces Measurement2016

    • Author(s)
      Motohiro Kasuya, Tsukasa Sogawa, Takuya Masuda, Toshio Kamijo, Kohei Uosaki, Kazue Kurihara
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 120 Pages: 15986-15992

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b12683

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Resonance Shear Measurement for Studying Confined Liquids2016

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Journal Title

      Journal of the Society of Japanese Women Scientists

      Volume: 16 Pages: 1-6

    • DOI

      10.5939/sjws.

  • [Journal Article] Friction of Polymer Hydrogels Studied by Resonance Shear Measurements2015

    • Author(s)
      •H.-Y. Ren, M. Mizukami T. Tanabe, H. Furukawa. K. Kurihara
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 11 Pages: 6192-6200

    • DOI

      10.1039/c5sm01087j

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural Stability and Polarisation of Ionic Liquid Films on Silica Surface2015

    • Author(s)
      •F. F. Canova, M. Mizukami, T. Imamura, K. Kurihara, A. L. Shluger
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 17 Pages: 17661-17669

    • DOI

      10.1039/C5CP02299A

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Low-Friction Adsorbed Layers of a Triblock Copolymer Additive in Oil-Based Lubrication2015

    • Author(s)
      S. Yamada, A. Fujihara, S. Yusa, T. Tanabe, K. Kurihara
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 31 Pages: 12140-12147

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.5b03620

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tribocatalytic Reaction of Polytetrafluoroethylene Sliding on an Aluminum Surface2015

    • Author(s)
      Onodera, K. Kawasaki, T. Nakakawaji, Y. Higuchi, N. Ozawa, K. Kurihara, M. Kubo
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 119 Pages: 15954-15962

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b01370

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 液体の潤滑性と分子レベルでの機構解明2015

    • Author(s)
      •水上雅史, 粕谷素洋, 栗原和枝
    • Journal Title

      日本油化学誌,オレオサイエンス

      Volume: 15 Pages: 205-211

  • [Presentation] 電気化学表面力装置による電極-電解液界面の特性評価2015

    • Author(s)
      粕谷素洋
    • Organizer
      第35回表面科学学術講演会
    • Place of Presentation
      つくば, エポカルつくば
    • Year and Date
      2015-12-01 – 2015-12-03
    • Invited
  • [Presentation] Recent Development of Surface Forces Measurement2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Organizer
      ASCASS2015 (Plenary Lecture)
    • Place of Presentation
      Japan,Sasebo
    • Year and Date
      2015-11-25 – 2015-11-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Recent Development of Surface Forces Measurement for Materials Science2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Organizer
      Western Pacific Colloids 2015 (WPC2015)
    • Place of Presentation
      Cambodia,Siem Reap
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of pH at the mica-water interface using SFA apparatus fluorescence spectroscopy2015

    • Author(s)
      佐野優花,齋藤由布子,粕谷素洋,栗原和枝
    • Organizer
      平成27年度化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      弘前,弘前大学
    • Year and Date
      2015-09-12 – 2015-09-13
  • [Presentation] 金電極におけるアニオン吸着の表面電荷に対する影響の電気化学表面力装置による評価2015

    • Author(s)
      粕谷素洋, 走川司, 増田卓也, 魚崎浩平, 栗原和枝
    • Organizer
      第66回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島,鹿児島大学
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] Confined Liquids Studied by Surface Forces Measurement and Applications for Tribology2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Organizer
      International Conference of Colloids and Interface Science (Plenary Lecture)
    • Place of Presentation
      Taiwan,Taipei
    • Year and Date
      2015-07-22 – 2015-07-24
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Surface Forces Measurement: Fundamentals and Recent Development2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Organizer
      Seminar of National Taiwan University
    • Place of Presentation
      Taiwan,Taipei
    • Year and Date
      2015-07-22 – 2015-07-22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 先端ナノ界面計測と摩擦研究への展開2015

    • Author(s)
      栗原和枝
    • Organizer
      東北経済連合会第3回定時総会(基調講演)
    • Place of Presentation
      仙台,東北大学
    • Year and Date
      2015-06-04 – 2015-06-04
    • Invited
  • [Presentation] Surface Forces Measurement for Studying Confined Liquids2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Organizer
      the 15th Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists (IACIS2015) (Plenary Lecture)
    • Place of Presentation
      Germany,Mainz
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Characterization of Ferrocene Modified Electrode Using Electrochemical Surface Forces Apparatus2015

    • Author(s)
      M, Kasuya, K. Kurihara
    • Organizer
      the 15th Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists (IACIS2015)
    • Place of Presentation
      Germany,Mainz
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 表面力測定により見るナノの世界2015

    • Author(s)
      栗原和枝
    • Organizer
      ナノ学会第13回大会(基調講演)
    • Place of Presentation
      仙台,東北大学
    • Year and Date
      2015-05-11 – 2015-05-13
    • Invited
  • [Presentation] フェロセン修飾電極におけるイオン対形成の電気化学表面力装置を用いた定量的評価2015

    • Author(s)
      粕谷素洋,栗原和枝
    • Organizer
      ナノ学会第13回大会
    • Place of Presentation
      仙台,東北大学
    • Year and Date
      2015-05-11 – 2015-05-13
  • [Presentation] 蛍光分光表面力装置を用いた固-液界面のpH評価2015

    • Author(s)
      佐野優花,齊藤由布子,粕谷素洋,栗原和枝
    • Organizer
      ナノ学会第13回大会
    • Place of Presentation
      仙台,東北大学
    • Year and Date
      2015-05-11 – 2015-05-13
  • [Presentation] Surface Forces Measurement for Molecular Engineering2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Organizer
      IME Special Seminar
    • Place of Presentation
      USA,Chicago
    • Year and Date
      2015-04-29 – 2015-04-29
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] ;表面・界面技術ハンドブック 材料創製・分析・評価の最新技術から先端産業への適用、環境配慮まで2016

    • Author(s)
      水上雅史, 栗原和枝
    • Total Pages
      193-197
    • Publisher
      エヌ・ティ・エス
  • [Book] Encyclopedia of Polymeric Nanomaterials,Molecular Self-Organization2015

    • Author(s)
      K. Kurihara
    • Total Pages
      1289-1291
    • Publisher
      Springer

URL: 

Published: 2017-01-06  

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