振動分光法と原子間力顕微鏡による反応高活性な固液界面構造の3次元解析

使用振动光谱和原子力显微镜对高反应性固液界面结构进行三维分析

基本信息

批准号：
22H02047
负责人：
星永宏
金额：
$ 11.65万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

Pt(111)電極上の酸素還元反応(ORR)の活性は，疎水性有機物の修飾によって大きく向上することが知られている。疎水性有機物の修飾により，ORR阻害種のPtOHの被覆率が減少し，活性が向上することが赤外スペクトルの測定で明らかになっているが，ORR活性に寄与する疎水性有機物の吸着配向や水の構造変化は解明されていない。この研究では，SRSを用いて従来の赤外スペクトルやラマンスペクトルでは観測できない疎水性有機物を検出し，周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)を使って，疎水性物質による水の構造変化を観測することを目標にしている。今年度はSRS測定用の電気化学セルを設計・製作した。微量な不純物が存在してもSRS測定に影響を与えるため，測定中に電極表面に汚れが付着しない条件を探索中である。SRS測定の予備実験として，ナノ微粒子表面増強ラマンスペクトル(NPSERS)を用いて，四級アンモニウムカチオンのTHA+で修飾したPt(111)単結晶電極上でPtOの測定を行った。THA+修飾でPtOのバンド強度が減少し，PtOHだけでなくPtOもTHA+による活性向上の要因であることを明らかにした。FM-AFMによる水の構造変化に関しては，金沢大学福間研究室と共同で行うことに合意した。FM-AFM用の電気化学セルの設計と作製は福間研で完了している。FM-AFM用のPt大型単結晶も購入し，Pt単結晶をアニール・冷却後に原子レベルでの平滑性を保ったまま，FM-AFMセルにセットする方法も開発済みである。2023年度には，SRS測定とFM-AFM測定を本格的に開始する。

众所周知，通过疏水性有机物质的修饰，Pt(111)电极上的氧还原反应(ORR)活性大大提高。红外光谱表明，疏水性有机物质的修饰会降低 PtOH（一种 ORR 抑制物质）的覆盖范围，并提高水中的结构变化，但尚未阐明。在这项研究中，我们使用SRS来检测传统红外和拉曼光谱无法观察到的疏水性有机物质，并使用调频原子力显微镜（FM-AFM）来研究疏水性物质引起的水结构变化。观察。今年，我们设计并制造了用于 SRS 测量的电化学电池。由于即使存在少量杂质也会影响 SRS 测量，因此我们目前正在寻找在测量过程中防止污垢粘附到电极表面的条件。作为 SRS 测量的初步实验，使用纳米粒子表面增强拉曼光谱 (NPSERS) 在用季铵阳离子 THA+ 修饰的 Pt(111) 单晶电极上测量 PtO。 PtO 的带强度随 THA+ 修饰而降低，表明不仅 PtOH，而且 PtO 都是 THA+ 导致活性提高的因素。我们已同意与金泽大学福间实验室合作，利用 FM-AFM 来研究水的结构变化。 FM-AFM 电化学电池的设计和制造已在 Fukuma 实验室完成。我们还购买了用于 FM-AFM 的大型 Pt 单晶，并开发了一种将 Pt 单晶设置在 FM-AFM 单元中的方法，同时在退火和冷却后保持原子水平的光滑度。 2023 年，我们将开始全面的 SRS 测量和 FM-AFM 测量。