イオン性溶媒中の金属電極の表面自己拡散加速効果

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750638
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平井 信充 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50294020)
• キーワード: 固液界面 / 表面拡散 / ナノ構造ダイナミクス / 表面過剰電荷 / ゼロ電荷電位 / 金単結晶 / 銀単結晶 / 硫酸水溶液

研究概要

金(100)及び金(111)単結晶表面上の多層アイランドや、金(100)及び銀(100)単結晶表面上のナノホールの消失過程について、硫酸水溶液中電位制御において、室温及び温度制御下において電気化学原子間力顕微鏡その場観察を行った。これらの多層アイランド及びナノホールはいずれも時間経過に伴い消失した。多層アイランドの各層の初期形状は、金(100)表面上の場合は四角形もしくは八角形であるのに対し、金(111)表面上の場合は六角形であり、どちらも高原子密度を有するステップに囲まれた形状をしていることがわかった。また、多層アイランドは時間経過に伴い消失するのが観察された。その最上層の面積は時間に対して直線的に減少した。このことは本消失過程において、ステップからの原子の離脱過程が律速過程であることがわかった。また多層アイランドの2層目の消失は、最上層が消えるまでは非常に遅く、最上層が消えてから早くなり、最上層の消失速度とほぼ等しくなることがわかった。このことからステップから離脱した原子は溶液中に溶けるのではなく、表面上を拡散しながら消失していくことがわかった。また、これらの多層アイラン及びナノホールの消失速度の保持電位依存性について調べたところ、いずれも表面過剰電荷がゼロであるゼロ電荷電位で消失速度が極小値となり、そこから電位を貴または卑に変化させることで、消失速度が増加するといりことがわかった。この結果について、多層アイランドステップ端近傍のステップ過剰エネルギーが過剰電荷により変化するという仮定に基づき計算を行ったところ、実験値と良い一致を示した。またこれらの消失過程の保持温度依存性についても調査を行い、これら肖失過程の活性化エネルギーを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] N.Hirai, K.Watanabe, A.Shiraki, S.Hara: "In situ atomic force microscopy observation on the decay of small islands on Au single crystal in acid solution"Journal of Vacuum Science and Technology B. Vol.18 No.1. 7-9 (2000)
• [文献書誌] N.Hirai, K.Watanabe, S.Hara: "Potential dependence of decay rate of multi-layered islands on Au (100) single crystals in sulfuric acid solution"Surface Science. Vol493. 568-574 (2001)
• [文献書誌] 平井 信充, 原 茂太: "電位制御下における水溶液中固体金属の表面拡散"溶融塩および高温化学. Vil.43, No.1. 7-16 (2000)
• [文献書誌] 平井 信充: "電解質溶液中における固体単結晶電極の表面自己拡散加速現象-原子スケールで制御された電解質溶液中材料創製プロセスの確立に向けて-"まてりあ. Vol.40 No.9. 808-814 (2001)
• [文献書誌] 平井 信充: "電解液中金属表面のナノ構造の消失過程"表面科学. Vol.23 No.4(印刷中). (2002)