2014 Fiscal Year Annual Research Report
長距離伝搬型プラズモンを利用した電極触媒表面の高感度振動分光
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24550002
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
八木 一三 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 教授 (40292776)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 表面増強ラマン散乱 / 長距離伝搬型プラズモン / プラズモニック結晶 / ささやきの回廊モード / 電極触媒 / 粒子埋込型球状セグメントボイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、長距離伝搬形プラズモンを励起し、電極触媒表面まで輸送・集束することにより、電極触媒としては有用・高性能であるものの、表面プラズモンの形成・伝搬には不向きな白金やパラジウム電極上に吸着した分子の振動スペクトルを表面増強ラマン散乱（SERS）分光法により計測し、更なる電極触媒性能の向上に結びつけることを目指している。今年度も、昨年度から引き続き、金メッキで形成した球状セグメントボイド（Au-SSV）アレイ型プラズモニック結晶内のプラズモン定在波を、電極表面上に10原子層程度積層した白金薄膜の表面に集束し、白金電極表面からの信号取得が可能な鋳型球埋込型のPt/Au-SSV構造の研究に注力し、この基板のSERS活性を更に向上させることを目指した。これまでSERS活性向上に最適な鋳型球として200 nm直径のポリスチレン（PS）ビーズを使用してきたが、高強度のレーザー光を照射すると、PS球の溶解が進行し、長期間のSERS計測が困難であることが見出された。そこで、今年度はPS以外の代替材料としてシリカビーズを用いて、レーザー照射に依るSERS活性劣化を防ぎ、長期間利用可能な電気化学SERS観測用電極基板の開発に集中した。
シリカを鋳型とすることで上記問題を克服し、調製したAu-SSVおよびPt/Au-SSV基板を用いて、CO酸化反応によるSERSスペクトルの電位依存性を評価したところ、最表面の金属（Au, Pt）の違いにより金属-C結合の対称伸縮振動の波数が全く違うことを観測したほか、従来あまりin situ分光法で計測されることのない、酸性水溶液中のAu電極票目におけるCO酸化反応についても計測を行うことができた。また、本基板を表面和周波発生（VSFG）分光法に利用することを試みたほか、硝酸還元反応などに応用するため、Pd/Au-SSV基板の調製にも着手した。
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