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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02047/
• 关键词: 単結晶電極; 疎水性物質; 振動分光法; 原子間力顕微鏡; Pt単結晶電極; 誘導ラマンスペクトル; 周波数変調原子間力顕微鏡; 水構造変化; 単結晶電極; 疎水性物質; 振動分光法; 原子間力顕微鏡; Pt単結晶電極; 誘導ラマンスペクトル; 周波数変調原子間力顕微鏡; 水構造変化

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，通过修饰疏水有机物的修饰，氧还原反应（ORR）对PT（111）电极的活性得到了极大的改善。红外光谱测量结果表明，疏水有机物的修饰会降低PTOH在ORR抑制物种中的覆盖范围并改善活性，但是疏水有机物的吸附取向有助于ORR活性，并且尚未阐明水的结构变化。这项研究旨在检测使用SRS使用常规红外或拉曼光谱观察到的疏水有机物，并使用频率模化的原子力显微镜（FM-AFM）观察到由疏水物质引起的水的结构变化。今年，我们为SRS测量设计和制造了电化学细胞。少量杂质的存在会影响SRS测量值，因此在测量过程中没有污垢粘附到电极表面时正在搜索该条件。作为SRS测量的初步实验，使用纳米颗粒表面增强的拉曼光谱（NPSERS）在PT（111）（111）的PT（111）单晶电极上测量PTO。据显示，THA+修饰降低了PTO的带强度，并且不仅PTOH而且PTO是通过THA+改善活性的一个因素。 FM-AFM与Kanazawa University的Fukuma实验室共同同意共同进行水结构上的水变化。 Fukuma Research Institute已完成了FM-AFM电化学细胞的设计和制造。我们还为FM-AFM购买了大型PT单晶，并且还开发了一种将PT单晶设置为FM-AFM细胞的方法，在退火和冷却后，保持了原子水平的平滑度。在2023财年，SRS和FM-AFM测量将开始认真。