| 研究概要 |
電極/電解液界面は古くから研究されてきたが,これまでの研究は電流などのマクロな物理量の計測に基づく熱力学的・速度論的解析に留まっており,電気化学反応の中心的な場となる界面の構造はブラックボックスとして取り扱われてきた。本研究は,赤外分光や走査トンネル顕微鏡(STM)などの新しい手法を用いて界面構造を原子・分子のミクロレベルで解明することを目指した。特に,界面のダイナミックな挙動に焦点を絞って研究を展開した。その結果,以下の成果が得られた。
1. 電気二重層構造:これまで仮定に過ぎなかった界面の水分子の印加電位による配向変化を初めて実証した。また,電解質アニオンの吸着挙動を検討し,水分子とアニオンの共吸着が界面構造を安定化させることを明らかにした。ここで明らかにされた配向変化は古典モデルと異なり,最近の分子動力学計算とほぼ一致するものであった。
2. 電極界面のダイナミクス:電極電位を変化させた際に生ずる界面構造変化,分子の吸着・脱離挙動ならびに反応を,時間分解赤外分光と従来の電気化学手法の同時計測に初めて成功し,分子構造論と速度論を融合させる新しい分野開拓の基礎を確立した。この研究で,二重層充電の時定数(数ミリ秒)より速い反応仮定を追跡する新しい赤外分光法を開発した。
3. 吸着分子構造の解析:電極表面に吸着した多くの芳香族化合物の分子構造を明らかにした。この過程で,吸着による分子構造変化,吸着分子層内での相変化,物理吸着から化学吸着への遷移など,いくつかの新しい知見が得られた。
4. 機能性電極の機能と構造の相関:金属たんぱくの酸化還元を促進する自己集合単分子膜(SAM)の構造と化学的性質を詳細に検討し,その機能と構造の相関を明らかにした。
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