| 研究課題/領域番号 |
26248002
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
栗原 和枝 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (50252250)
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| 研究分担者 |
粕谷 素洋 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00582040)
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| 研究期間 (年度) |
2014-06-27 – 2018-03-31
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| キーワード | 表面・界面 / 表面力測定 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、申請者が開発した電気化学表面力装置を用いて、電解液を挟む電極表面間の相互作用を直接測定し、印加電位を変化させた時の電極の有効電位やイオン吸着などの基本的な特性の評価手法を確立するとともに、金や白金など代表的な電極について特性を解明することである。またフェロセンなど化学修飾電極における対イオン吸着特性の解明を行う。これらの結果とpHなどの界面の局所イオン濃度を定量的に評価できる分光表面力装置と合わせ、ナノ微細空間の電気化学の分子的描像を解明する。
本年度は，金電極表面について、過塩素酸水溶液中において電気化学表面力装置を用いて表面力測定を印加電位を変えて行い、表面電位・電荷密度を定量的に評価できた。またフェロセン修飾電極についても、イオン種を変えて同様の評価を行い、得られた表面電荷密度から、酸化されたフェロセンがイオン対形成を行う割合のイオン種による違いを調べ、過塩素酸＞硝酸＞硫酸＞トリフルオロ硫酸となることを明らかにし、いずれのイオンでもほとんどのフェロセンが対イオン形成し、その電荷が相殺されることが分かった。
また、白金電極のスパッタ法による調製条件を検討し、表面力測定に使用できる平滑な表面の調製に成功した。
さらに、蛍光分光表面力装置を用いて雲母表面間の水のpHプローブの蛍光スペクトルを表面間距離を制御して測定し、その局所pHを見積もり、表面間距離200 nm以下でpHが減少することを明らかにした。さらに表面力測定によって雲母表面間に働く電気二重層斥力の減衰長が、局所pHの減衰長と一致することを見出した。これはpH減少が、負に帯電した雲母の電気二重層中にプロトンが濃縮されるという機構で引き起こされることを示唆している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初予定していた金電極における表面電荷とイオン吸着の評価，白金表面の調製，蛍光分光表面力装置を用いた雲母-水界面のpH評価を順調に行うことができた。さらにこれに加えて，フェロセン修飾電極のイオン吸着の評価もできたことから，｢（１）当初の計画以上に進展している。｣と評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、電気化学表面力装置による金電極の表面電位・電荷密度の評価については、本年度の結果を基にさらにイオン種を変えて行い、イオン吸着と表面電位・電荷密度の相関について調べる。また本年度調製法を確立した白金電極についても同様の評価を行って、水素吸着と表面電位・電荷密度の相関について調べる。
さらに本年度に確立した分光表面力装置を用いた界面の局所pH における基板の影響を調べる。具体的には本年度に測定した雲母(表面が負電荷)に対して、同じく表面が負電荷で表面の化学状態が異なるシリカや、中性pH 領域では正に帯電しているアルミニウム表面のpH 評価を行って、結果の比較から表面電荷や表面の化学的性質の影響について調べる。また表面力測定により表面電位・電荷密度を見積もって、pH変化のモデル計算を行い、蛍光測定により得られた局所pHと比較することでメカニズムの解明を試みる。
28年度以降はこれらの結果を基に、微小空間での酸化還元反応における電流増加の観測を行い、増幅条件と機構の解明を行う。さらに、電池等の電気化学デバイスに用いられる電極材料の界面について、上述の評価手法を駆使して評価し、電極反応の素過程の解明を行う。これらの結果を基に、ナノ微細空間の電気化学の分子的描像を解明する。
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