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2009 年度 実績報告書

走査プローブ顕微鏡を用いた分子系高次機能の研究

計画研究

研究領域分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
研究課題/領域番号 19056006
研究機関神戸大学

研究代表者

大西 洋  神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)

研究分担者 木村 建次郎  神戸大学, 理学研究科, 講師 (10437246)
野本 知理  神戸大学, 自然科学系先端融合研究環分子フォトサイエンス研究センター, 学術研究員 (00510520)
キーワード周波数変調型原子間力顕微鏡 / 溶液構造 / 固液界面 / 埋没界面 / 電気二重層 / 二酸化チタン / 酸化アルミニウム / マイカ
研究概要

カンチレバーの共鳴振動数変化を検出する方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)を用いた固液界面の高分解能観察を進めている。顕微鏡探針にはたらくpNオーダーの力を計測して、固体側の凹凸像ばかりでなく、固体に接する液体の微視的構造を明らかにする方法論の開発である。カンチレバーの変位検出法を改善した顕微鏡装置を用いて、塩化カリウム水溶液(濃度1moll^<-1>)に浸積した二酸化チタン・サファイア・マイカの単結晶面を観察した。顕微鏡探針にかかる力を探針-表面距離の関数として精密計測したところ、単調に減衰しつつ表面から1-2nm沖合までおよぶ背景力に加えて、複数の極大と極小をもつ変動成分が検出された。前者を金属酸化物-水溶液界面の電気二重層が探針-水溶液界面の電気二重層と重なることに起因する斥力に、後者を金属酸化物表面近傍で構造化された溶媒分子が探針におよぼす力に帰属した。後者の力は、探針に接触する水分子が探針にポテンシャルをおよぼすという単純なモデルのもとでは、水分子の存在確率密度分布の勾配に比例する。
二酸化チタン・サファイア・マイカ上で測定した力-距離曲線を、それらの界面で巨視的に観測される親水性の序列と比較したところ、親水性の高い界面ほど水分子が強く構造化することがわかった。有機単分子膜で修飾した固体表面と接触する有機溶媒の計測も進行中であり、FM-AFMによる力学分光が固体-液体界面の構造計測法として一般性をもつことを実証しつつある。次年度には、電気化学的あるいは光化学的に界面反応を進行させて、反応にともなう溶液構造の変化を追跡する。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (16件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] STM imaging of a model surface of Ru(4,40-dicarboxy-2,20-bipyridine)_2(NCS)_2 dye-sensitized TiO_2 photoelectrodes2010

    • 著者名/発表者名
      Akira Sasahara
    • 雑誌名

      Surf.Sci. 406

      ページ: 106-110

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optically excited near-surface phonons of TiO_2(110) observed by fourth-order coherent Raman spectroscopy2009

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Nomoto
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys. 131

      ページ: 084703(8)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A solution-TiO_2 interface probed by frequency-modulation atomic force microscopy2009

    • 著者名/発表者名
      Takumi Hiasa
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 48

      ページ: 08JB19(3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface reconstruction induced by transition metal doping of TiO_2(110)2009

    • 著者名/発表者名
      Raft Bechstem
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C 113

      ページ: 131199-131203

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-resolved infrared absorption study of NaTaO_3 photocatalysts doped with alkali earth metals2009

    • 著者名/発表者名
      Motoji Maruyama
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C 113

      ページ: 13918-13923

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of antimony-doping on the surface structure of rutile TiO_2(110)2009

    • 著者名/発表者名
      Ralf Bechstein
    • 雑誌名

      Nanotechnology 20

      ページ: 264003(7)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An atomic force microscope study of vanadium-benzene sandwich clusters soft-landed on self-assembled monolayers2009

    • 著者名/発表者名
      S.Nagaoka
    • 雑誌名

      The European Physical Journal D 52

      ページ: 103-106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fourth-order coherent Raman spectroscopy of liquid-solid interfaces : near-surface phonons of TiO_2(110) in liquids2009

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Nomoto
    • 雑誌名

      Applied Spectroscopy 63

      ページ: 941-946

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence for vacancy creation by chromium doping of TiO_2(110)2009

    • 著者名/発表者名
      Ralf Bechstein
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C 113

      ページ: 3277-3280

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-domain infrared-visible-visible sum-frequency generation for surface vibrational spectroscopy2009

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Nomoto
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.C 113

      ページ: 21467-21470

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属酸化物表面における金属・担体相互作用の解明に関する研究2009

    • 著者名/発表者名
      田旺帝
    • 雑誌名

      表面科学 30

      ページ: 84-91

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metal-to-oxide charge transfer observed by a Kelvin probe force microscope2009

    • 著者名/発表者名
      Akira Sasahara
    • 雑誌名

      Catalysis Surveys from Asia 13

      ページ: 9-15

    • 査読あり
  • [学会発表] Low-frequency vibrations of TiO_2 observed by surface sensitive time-domain vibrational spectroscopy2010

    • 著者名/発表者名
      Tomonoroi Nomoto
    • 学会等名
      The 1st Ultrafast Dynamics Symposium
    • 発表場所
      National Chiao Tung University(台湾)
    • 年月日
      2010-01-14
  • [学会発表] Optical properties of TiO_2 photocatalysts doped with Cr and Sb2010

    • 著者名/発表者名
      Akinori Ito
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Oxide Surfaces (IWOX-VII)
    • 発表場所
      NASPAニューオータニ(新潟県)
    • 年月日
      2010-01-13
  • [学会発表] Nucleophilic reactivity of oxygen adatoms on a TiO_2(110) surface2010

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ueda
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Oxide Surfaces (IWOX-VII)
    • 発表場所
      NASPAニューオータニ(新潟県)
    • 年月日
      2010-01-13
  • [学会発表] High-resolution Kelvin probe force microscopy study of Pt clusters on TiO_2(110) in a N_2 gas environment with an atmospheric pressure2010

    • 著者名/発表者名
      R.Kokawa
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Oxide Surfaces (IWOX-VII)
    • 発表場所
      NASPAニューオータニ(新潟県)
    • 年月日
      2010-01-13
  • [学会発表] Local hydration structures on metal oxides investigated by frequency-modulation atomic force microscopy2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hiasa
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Oxide Surfaces (IWOX-VII)
    • 発表場所
      NASPAニューオータニ(新潟県)
    • 年月日
      2010-01-13
  • [学会発表] Hydration structures studied by frequency modulation atomic force microscopy and 3D referential interaction site model theory2010

    • 著者名/発表者名
      K.Kimura
    • 学会等名
      The 7th International Workshop on Oxide Surfaces (IWOX-VII)
    • 発表場所
      NASPAニューオータニ(新潟県)
    • 年月日
      2010-01-13
  • [学会発表] Low-frequency vibrations of TiO_2 surface observed by fourth-order coherent Raman spectroscopy2010

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Nomoto
    • 学会等名
      The 6th Asian Conference on Ultrafast Phenomena (ACUP2010)
    • 発表場所
      National Taiwan University(台湾)
    • 年月日
      2010-01-12
  • [学会発表] Dye-adsorbed TiO_2(110) electrodes studied with FM-AFM2009

    • 著者名/発表者名
      Keita Fujio
    • 学会等名
      The 17th International Colloquim on Scanning Probe Microscopy
    • 発表場所
      熱川ハイツ(静岡県)
    • 年月日
      2009-12-10
  • [学会発表] Observation of near-surface phonons of TiO_2(110) coherently excited by terahertz electric field : time-domain infrared-visible-visible vibrational sum frequency generation for surface spectroscopy2009

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Nomoto
    • 学会等名
      The International Workshop on Terahertz Technology 2009 (TeraTech '09)
    • 発表場所
      大阪大学中之島センター(大阪府)
    • 年月日
      2009-12-01
  • [学会発表] Infrared absorption studies of photocatalysts for the water-splitting reaction2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      Seminar at Aarhus University
    • 発表場所
      Aarhus University(デンマーク)
    • 年月日
      2009-11-12
  • [学会発表] Hydration structures on metal oxides observed by frequency-modulation atomic force microscopy2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      Seminar at Aarhus University
    • 発表場所
      Aarhus University(デンマーク)
    • 年月日
      2009-11-12
  • [学会発表] Physics of photocatalysts2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      2009 Annual Congress, Physics Society of The Philippines
    • 発表場所
      Philippines Convention Center(フィリピン)
    • 年月日
      2009-10-30
  • [学会発表] Infrared absorption and atomic force microscope studies of photocatalyst surfaces2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      Seminar at Princeton University
    • 発表場所
      Princeton University(アメリカ)
    • 年月日
      2009-08-17
  • [学会発表] Nano volcanoes-the surface structure of antimony-doped TiO_2(110)2009

    • 著者名/発表者名
      Ralf Bechstein
    • 学会等名
      12th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2009)
    • 発表場所
      Yale University(アメリカ)
    • 年月日
      2009-08-13
  • [学会発表] True atomic resolution imaging on an application-oriented system : underst anding photocatalytic reactivity of transition-metal doped TiO_22009

    • 著者名/発表者名
      Ralf Bechstein
    • 学会等名
      12th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2009)
    • 発表場所
      Yale University(アメリカ)
    • 年月日
      2009-08-12
  • [学会発表] Solution-TiO_2 interfaces observed by frequency-modulation AFM2009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      3rd.International Conference on Science & Technology for Advanced Ceramics (STAC-3)
    • 発表場所
      メルパルク横浜(神奈川県)
    • 年月日
      2009-06-16
  • [図書] Molecular nano dynamics, chapter 62009

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Onishi(章著)
    • 総ページ数
      103-116
    • 出版者
      Wiley-VCH
  • [備考]

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/

URL: 

公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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