表面増強赤外分光による実用固液界面反応の展開研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24550143
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大澤 雅俊 北海道大学, 触媒化学研究センター, 特任教授 (00108466)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 表面増強赤外分光 / 反応機構 / 電極触媒 / 燃料電池 / 固液界面 / 自己集積単分子 / 不斉合成触媒

研究実績の概要

独自開発した表面増強赤外分光法（SEIRAS）の基礎をより堅固にし、その応用範囲をさらに広げることを目的として、以下の検討を行った。
１．SEIRASの理論再構築：表現増強効果の機構はいまだに十分理解されていないので、研究代表者が以前提案した理論モデルをより厳密な理論へ展開し、その本質をより深く考察した。また、吸収波形が基板ならびに金属薄膜の構造によって変形しうることを示した。２．触媒反応機構の解析：直接型燃料電池の燃料として期待されているギ酸の電極触媒反応機構を明らかにするために、電極（触媒）による活性の違いを検討し、活性の高いPtとPd、活性の低いAuでは反応機構が異なることを明らかにした。３．水素付加不斉合成触媒反応機構：シンコニジンで修飾したPtは、高い不斉収率を与えることが知られている。その起源を探るためにシンコニジンの吸着構造を解析し、反応条件下（水素分子が溶媒に溶解している条件）で反応に適した構造になること、配向変化がPt表面に吸着した水素原子によって生じることなどを明らかにした。４．生物化学への展開：生態系の反応の多くは酸化還元を伴うため、電気化学はその機能を明らかにするのに有効であるが、電極に直接吸着すると失活することが多い。そこで、電極を自己集積単分子膜（SAM）で被覆する方法がとられる。本研究では、呼吸鎖複合体の酸化的リン酸酸化の入り口酵素であるNADHデヒドロゲナーゼ複合体Ｉ（E. coli Complex I）の電気化学挙動が、末端をNADHで修飾した11-mercaptoundecanoic acid SAMによって改善され、その原因が最初に電子移動がおこるフラビンモノヌクレオチド補酵素が電極により近くなるためであることを明らかにした。5.その他、新規機能性錯体による表面の機能化、防錆油による腐食抑制効果の機構等を検討した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Hydrogen on The Orientation of Cinchonidine Adsorbed on Platinum: An ATR-SEIRAS Study (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Motobayashi, R. Tomioka, T. Uchida, and M. Osawa
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of the Cyano Complex of Oxo-Centered Triruthenium Core [Ru3(μ3-O)(μ-CH3COO)6(pyridine)2(CN)] (2014)
  • 著者名/発表者名: H.-X. Zhang, Y. Sasaki, Y. Zhang, S. Ye, M. Osawa, M. Abe, K. Uosaki
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 53 ページ: 1288-1294
  • DOI: 10.1021/ic4012197
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical and infrared spectroscopic study of the self-assembled monolayer of a cyano-bridged dimeric triruthenium complex on gold surface (2014)
  • 著者名/発表者名: H.-X. Zhang, Y. Sasaki, M. Abe, Y. Zhang, S. Ye, M. Osawa, K. Uosaki
  • 雑誌名: Journal of Electroanalytical Chemistry 巻: 714 ページ: 51-55
  • DOI: 10.1016/j.jelechem.2013.12.012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The effect of pH on the electrocatalytic oxidation of formic acid/formate on platinum: A mechanistic study by surface-enhanced infrared spectroscopy coupled with cyclic voltammetry (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Joo, T. Uchida, A. Cuesta, M.T.M. Koper, M. Osawa
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 129 ページ: 127-136
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2014.02.040
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Biomimetic Environment to Study E-coli Complex I through Surface-Enhanced IR Absorption Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kriegel, T. Uchida, M. Osawa, T. Friedrich, and P. Hellwig
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 53 ページ: 6340-6347
  • DOI: 10.1021/bi500955a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 電極界面におけるイオンの水和殻崩壊過程の時間分解赤外分光観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山方啓, 大澤雅俊, 森田明弘
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 82 ページ: 771-776
  • DOI: DN/JST.JSTAGE/electrochemistry/82.771
• [学会発表] 金電極表面におけるギ酸酸化反応のpH依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 矢口 桃、大澤 雅俊
  • 学会等名: 電気化学会第８２回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [学会発表] 炭素薄膜表面における有機溶媒分子の吸着構造の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 彭 奇齢、大澤 雅俊、叶 深
  • 学会等名: 電気化学会第８２回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [学会発表] イオン液体|電極界面の構造とその電位応答:溶媒和Liイオンの影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本林 健太、南 和也、内田 権一、西 直哉、作花 哲夫、大澤 雅俊
  • 学会等名: 電気化学会第８２回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [学会発表] Probing electrochemical interface by time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Osawa
  • 学会等名: IMPRS Workshop “Micro to Macto
  • 発表場所: Schloss Ringberg, Tegernsee (Germany)
  • 年月日: 2015-02-09 – 2015-02-13
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanistic study of formic acid/formate electrooxidationon Pt over a wide pH range (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Joo, T. Uchida, A. Cuesta, M.T.M. Koper and M. Osawa
  • 学会等名: 3rd Ertl Symposium on Surface Aanalysis and Dynamics
  • 発表場所: Harnack House, Berlin (Germany)
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-12
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of pH on the electrocatalytic oxidation of formic acid/formate on Pt (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Joo, T. Uchida, A. Cuesta, M.T.M. Koper, M. Osawa
  • 学会等名: ECAT 2014 Explorations of the volcano landscape
  • 発表場所: Fairmont Chateau Whistler, Whistler (Canada)
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-29
• [学会発表] Electrochemical oxidation of CO adsorbed on poly-crystalline Pt in alkaline media studied by surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Joo, M.T.M. Koper and M. Osawa
  • 学会等名: 1st Gerischer-Kolb Symposium
  • 発表場所: Harnack House, Berlin (Germany)
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] Probing water molecules at the electrochemical interface by surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Osawa
  • 学会等名: Electrochem 2014 - Electrochemical Horizons
  • 発表場所: Loughborough University, Loughborough (United Kingdom)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Spectroscopic approach to fast and ultrafast dynamics at the electrochemical interface”, 65th Annual Meeting of International Electrochemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Osawa
  • 学会等名: 65th Annual Meeting of International Electrochemistry
  • 発表場所: ETH Lausanne, Lausanne (Switzerland)
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
  • 招待講演
• [学会発表] Potential-dependent Structure of Ionic Liquid/Electrode Interfaces: Effect of Additives studied by Surface-Enhanced Infrared Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Motobayashi , K. Minami, N. Nishi, T. Sakka, and M. Osawa
  • 学会等名: 65th Annual Meeting of International Electrochemistry
  • 発表場所: ETH Lausanne, Lausanne (Switzerland)
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [学会発表] Effect of pH on the electrocatalytic oxidation of formic acid/formate on Pd electrode studied by cyclic voltammetry and surface-enhanced infrared spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yaguchi and M. Osawa
  • 学会等名: 65th Annual Meeting of International Electrochemistry
  • 発表場所: ETH Lausanne, Lausanne (Switzerland)
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [学会発表] Pt/ionomer interface analysis using in-situ SEIRAS with solid-state electrochemical cell (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kodama, K. Motobayashi, A. Shinohara, N. Hasegawa, R. Jinnouchi, H. Murata, T. Hatanaka, Y. Morimoto, M. Osawa
  • 学会等名: 65th Annual Meeting of International Electrochemistry
  • 発表場所: ETH Lausanne, Lausanne (Switzerland)
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [学会発表] In-situ surface spectroscopy in electrocatalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Osawa
  • 学会等名: Surface Electrochemistry: Towards Energy Research
  • 発表場所: Eurotel-Victoria Hotel , Villars-sur-Olin (Switzerland)
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Surface(-enhanced) infrared absorption spectroscopy and its application to electrochemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Osawa
  • 学会等名: 2014 Xiamen University Summer School
  • 発表場所: Xiamen University, Xiamen (China)
  • 年月日: 2014-07-14 – 2014-07-21
  • 招待講演
• [学会発表] Water and ions at the electrochemical interface studied by surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Yamakata, K. Motobayashi, T. Ishino, A. Morita, M. Osawa
  • 学会等名: 15th Topical Meeting of International Society of Chemistry
  • 発表場所: Crowne Plaza Niagara Falls, Niagara Falls (Canada)
  • 年月日: 2014-04-27 – 2014-04-29
  • 招待講演
• [備考] 北海道大学触媒化学研究センター表面分子化学研究部門大澤研究室
  • URL: http://www.cat.hokudai.ac.jp/osawa/