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2018 年度 実績報告書

ナノスケール領域における電気化学・ラマン分光の同時オペランド新奇測定法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K19135
研究機関東北大学

研究代表者

熊谷 明哉  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50568433)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード分析化学 / 電気化学 / 走査プローブ顕微鏡 / 表面・界面物性 / リチウムイオン電池
研究実績の概要

本研究で用いたナノ電気化学顕微鏡は、一般的に電解液と参照極を充填した開口径:100 nm程度のピペットを探針として用い、その探針が形成するメニスカスを局所的な電気化学反応場、微小電気化学セルを利用する。本研究では、この顕微鏡を更に改良し、探針先端でチップ増強ラマン分光を励起させることで規定領域においてラマン分光計測と電気化学反応を同時に行うことを目的とした。また、本測定ではリチウムイオン電池などの電極を測定試料とすることで試料表面でイオンの脱離ないし挿入反応に伴う充放電過程を動作させながら、オペランド計測にてラマン分光測定を行うことを目的とした。本研究において、不活性ガス雰囲気などの測定環境の整備や探針の改良及び、ラマン散乱光を取得するための光路の確保及び制御を行った。その結果、測定環境としては、本計測システムが搭載されたグローブボックス内は酸素・水分ともに1 ppm以下を達成し、50 nm程度の先端開口径を持つピペットに銀ないし金コートを施したプローブの作製に成功した。また、ラマン分光計測に関しても514.5 nmのレーザー導入とラマン散乱光の計測をグラファイトを用いて確認することが出来た。また、全ての計測機器を導入し、レーザー機構の搭載に伴うナノ電気化学顕微鏡のファラデーケージの新規改良や外部電源によるノイズ対策を行うことで、通常の電気化学測定を行うナノ電気化学顕微鏡におけるノイズレベルを0.2 pA程度に抑制することも出来ている。先のグラファイト試料を用いて、すでに同時オペランド計測の測定にも成功しており、規定領域でイオンの移動に伴う充放電過程時におこる構造変化やSEI被膜の形成の解明が可能となりつつある。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 10件、 招待講演 10件)

  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University College London
  • [国際共同研究] National Taiwan University/Taipei Medical University(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      National Taiwan University/Taipei Medical University
  • [雑誌論文] Chemical Dopants on Edge of Holey Graphene Accelerate Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction2019

    • 著者名/発表者名
      Kumatani Akichika、Miura Chiho、Kuramochi Hirotaka、Ohto Tatsuhiko、Wakisaka Mitsuru、Nagata Yuki、Ida Hiroki、Takahashi Yasufumi、Hu Kailong、Jeong Samuel、Fujita Jun‐ichi、Matsue Tomokazu、Ito Yoshikazu
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: NA ページ: 1900119~1900119

    • DOI

      doi.org/10.1002/advs.201900119

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Scanning electrochemical cell microscopy for visualization and local electrochemical activities of lithium-ion (de) intercalation process in lithium-ion batteries electrodes2018

    • 著者名/発表者名
      Kumatani Akichika、Takahashi Yasufumi、Miura Chiho、Ida Hiroki、Inomata Hirotaka、Shiku Hitoshi、Munakata Hirokazu、Kanamura Kiyoshi、Matsue Tomokazu
    • 雑誌名

      Surface and Interface Analysis

      巻: 51 ページ: 27~30

    • DOI

      doi.org/10.1002/sia.6538

    • 査読あり
  • [学会発表] 単層/二層WS2における水素発生反応のナノスケール電気化学イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      小川 寛人、熊谷 明哉、遠藤 尚彦、小林 佑、井田 大貴、高橋 康史、末永 智一 、宮田 耕充 、珠玖 仁
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] ナノ電気化学セルを用いたリチウムイオン電池負極の規定構造領域における SEI形成過程の検証2019

    • 著者名/発表者名
      熊谷明哉, 佐藤悠人, 高橋康史, 珠玖仁, 末永智一
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Nanoscale electrochemical imaging for hydrogen evolution reaction on WS2 mono-/bilayers2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Ogawa, Akichika Kumatani, Takahiko Endo, Yu Kobayashi, Hiroki Ida, Yasufumi Takahashi, Tomokazu Matsue, Yasumitsu Miyata, Hitoshi Shiku
    • 学会等名
      日本化学会99春季年会
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging for Functional Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      2019 Taiwan-Nippon Workshop on Innovation of Emergent Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging for Energy Functional Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Workshop on Electrochemistry JTWE 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SnS2二次元薄膜における水素発生反応のナノスケール電気化学イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      小川寛人、熊谷明哉、上野啓司、遠藤尚彦、小林佑、宮田耕充、井田大貴、高橋康史、末永智一、珠玖仁
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] 水素貯蔵合金表面におけるナノ電気化学イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      安永幹生、熊谷明哉、田中元基、高橋康史、末永智一、珠玖仁
    • 学会等名
      日本分析化学会第67年会
  • [学会発表] ナノ電気化学セル顕微鏡とToF-SIMSを用いた SEI 生成制御とその評価2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤悠人、熊谷明哉、渡邊徹弥、珠玖仁、末永智一
    • 学会等名
      第49回セミコンファレンス、第31回東北若手の会
  • [学会発表] ナノ電気化学イメージングによるグラフェン構造欠陥の検証2018

    • 著者名/発表者名
      志村実優、熊谷明哉、井田大貴、珠玖仁、Y. P. Chen、末永智一
    • 学会等名
      第49回セミコンファレンス、第31回東北若手の会
  • [学会発表] グラフェンエッジにおける電気化学活性のナノスケール電気化学イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷 明哉、三浦 千穂、高橋 康史、井田 大貴、珠玖 仁、末永 智
    • 学会等名
      日本分析化学会 第67年会
  • [学会発表] ナノ電気化学イメージングによる電気化学反応の可視化:二次電池電極から水素貯蔵合金まで2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷明哉
    • 学会等名
      「鉄鋼関連材料の化学状態分析の新しい展開」フォーラム 第2回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Scanning Electrochemical Microscopy for Nanoscale Electrochemical Imaging on Energy Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani, Yasufumi Takahashi, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      2019年度化学系学協会東北大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging by Spatially Resolved Electrochemical Microscopy: From Battery Electrodes to 2D Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      AI-Mat seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spatially resolved electrochemical imaging on energy materials: From battery electrodes to 2D materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      TCECM 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Visualization of Electrochemical Activities on 2D Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      isCEBT2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging of Aligned Semiconducting and Metallic Single-Walled Carbon Nanotube Bundles2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani, Takeru Okada, Takahashi Yasufumi, Miyu Shimura, Hitoshi Shiku, Seiji Samukawa, Tomokazu Matsue
    • 学会等名
      AiMES 2018 ECS and SMEQ Joint International Meeting(国際学会)
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatially Resolved Electrochemical Imaging on Energy Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      nanoHUB
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging on Energy Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      UCL-Tohoku Partnership ‘kick-off’ workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging for Functional Energy Materials2018

    • 著者名/発表者名
      A. Kumatani, Y. P. Chen, Y. Takahashi, T. Matsue
    • 学会等名
      2018 Sustainable Industrial Processing Summit & Exhibition SIPS
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanoscale Electrochemical Imaging by Scanning Electrochemical Microscopies on Energy Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Akichika Kumatani
    • 学会等名
      uTAS2018
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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