固液界面その場観察のための電気化学・近赤外同時測定法の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650879
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 北村 房男 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00224973)
• 研究分担者: 岡島 武義 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (70194347) ; 大坂 武男 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (80152099)
• キーワード: 近赤外分光法 / 電極界面 / 吸着 / 電気化学 / ビオロゲン / 炭酸イオン / 金電極 / 水銀電極

研究概要

まず昨年度からの課題であった、SNIFTIRSのような電位変調法を分光測定に適用するためのソフトウエアおよびハードウエアを完成させた。これを用いて多結晶金電極|水溶液界面の観察を近赤外領域でおこない、用いる支持電解質の種類に依存して界面に存在する水分子の結合音の位置や強度に明瞭な差異の現れることを確認し、近赤外分光法が電極界面領域の研究に有用な手法となりうることを実証した(論文投稿中)。また、時間分解赤外分光測定法をサイクリックボルタンメトリーと同時に適用することにより、多結晶金電極表面に吸着した4-アミノチオフェノールの酸化反応過程の追跡に成功し、当該分子が電極表面で二量体を形成することを実証した。金(111)、(100)、(110)各単結晶電極におけるアルキルビオロゲン類のサイクリックボルタモグラムをアルキル鎖長依存性の面から詳細に検討した結果、面方位によって特異なボルタモグラムを与えること、さらにこれが分子の吸着状態の差に基づくものであることを見いだした。特に後者については赤外反射測定をおこなうことにより、スペクトルの上からも確証を得ることができた。一方、水溶液での赤外分光測定でしばしば問題となる、空気中の二酸化炭素由来の炭酸イオン、炭酸水素イオンの金(111)表面での吸着状態を検討した結果、単座で表面に吸着することを明らかにした。さらに、分光測定には通常ほとんど用いられないが、電気化学的に非常に興味のある水銀表面における過塩素酸イオンの存在状態と、電気二重層内の水分子の状態について検討をおこなうことに成功した。

研究成果

• [文献書誌] K.Arihara, F.Kitamura, T.Ohsaka, K.Tokuda: "In situ monitoring of the mercury electrode surface in HClO_4 solutions by means of infrared reflection absorption spectroscopy"J. Electroanal. Chem.. 518. 139-143 (2002)
• [文献書誌] K.Arihara, T.Ohsaka, F.Kitamura: "Characteristic cyclic voltammograms of alkyl viologens at single crystal gold electrodes"Phys. Chem. Chem. Phys.. 4. 1002-1005 (2002)
• [文献書誌] K.Arihara, F.Kitamura: "Adsorption states of heptylviologen on an Au(111) electrode surface studied by infrared reflection absorption spectroscopy"J. Electroanal. Chem.. (In press).
• [文献書誌] K.Arihara, F.Kitamura, T.Ohsaka, K.Tokuda: "Characterization of the adsorption state of carbonate ions at the Au(111) electrode surface using IRAS"J. Electroanal. Chem.. 510. 128-135 (2001)
• [文献書誌] C.Retna Raj, T.Ohsaka: "Electrochemical and in situ FTIR spectroscopic investigation on the electrochemical transformation of 4-aminophenol on a gold electrode in neutral solution"Langmuir. 17. 7378-7386 (2001)