ピコ秒時間分解表面増強振動分光法を用いた電極表面キャリアーダイナミクス

使用皮秒时间分辨表面增强振动光谱研究电极表面载流子动力学

• 批准号: 18041001
• 负责人: 山方 啓
• 金额: $ 3.01万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18041001/
• 关键词: 和周波発生分光測定; ピコ秒時間分解測定; 超高速電位ジャンプ; 光励起キャリアー; 電極表面ダイナミクス; 電子移動; バンドギャップ励起; フェルミ準位

電極界面における吸着分子への電子移動や電極反応を理解するためには、電場を印加した際における吸着分子の応答を振動分光法を用いて観察することが必要である。これまでに我々はFT-IRに加えて、ピコ秒赤外パルスを用いた電極表面吸着種の赤外吸収スペクトル、赤外可視和周波発生スペクトルの測定を可能にし、電極にレーザーパルスを照射した際の変化を時間分解観察してきた。今回、我々は、電極界画の温度が変化した際には界画溶媒分子の配向変化で電場強度が変化し、これが、吸着分子への電子状態に影響を与えることを見いだした。極性溶媒分子の構造や配向変化は界面電子移動過程や物質移動速度に影響を与えると考えられており、電極過程を理解する上で重要である。負電位では、電極表面に負電荷がたまり、溶液側にはカチオンが蓄積する。標準分子としてCOが吸着したPt電極表面で、カチオンにH^+, Li^+, TEA^+ (tetra-ethyl ammonium ion), TBA^+(tetra-butyl ammonium ion)を電解質に使うと、H^+, Li^+では、孤立したO-Hが3650cm-1付近に出現し、水分子がカチオンと水和することで疎水性COとの反発を促進するのに対して、疎水性イオンであるTEA^+, TBA^+では逆に水素結合した水分子が3100cm-1付近に強く表れた。これは、疎水性水和によりカチオンの周りを水分子が取り囲んだ結果であると説明できる。ポンプ光照射して界面の水分子を加熱したときの配向変化速度は、H^+, Li^+の場合には200-300psと遅いのに対して、TEA^+, TBA^+の場合には150-100psと速くなった。この結果は、前者の水和イオンの水分子は動きにくいのに対して、後者の疎水性水和した界面の周りの水は逆に水素結合が弱くなって動きやすくなったことを示している。

为了了解电极界面处的电子转移和电极反应，当使用振动光谱施加电场时，有必要观察吸附分子的响应。迄今为止，我们已经可以使用picsecond红外脉冲在FT-IR之外测量红外吸收光谱和红外可见的电极表面吸附物种，并观察到当电极被激光脉冲辐射时，并且观察到时间分辨的变化。在这里，我们发现当电极场的温度更改时，电场强度由于田间磁场溶剂分子的方向而变化，这会影响吸附分子上的电子状态。极性溶剂分子的结构和方向变化被认为会影响界面电子传递过程和传质速率，并且对于理解电极过程很重要。在负电势下，负电荷积聚在电极表面，阳离子积聚在溶液侧。当h^+，li^+，茶^+（四乙基铵离子）和tba^+（四丁基铵离子）用作PT电极表面上的电解质，其中CO已将CO作为标准分子吸附为标准分子时，与H^+和Li^+和Li^+和li^+和水的含水量相比，将CO被作为标准分子隔离，并在Hydopl in^+和Li^+和li^+和li^+和水中出现。 co，而疏水离子茶^+和tba^+在疏水离子中强烈出现在3100 cm-1左右。这可以解释是由于阳离子周围疏水性水合的结果。当H^+和li^+加热泵的水分时，将界面上的水分子加热时的方向变化速率较慢，而茶^和TBA^+的速度在150-100 ps时的速度更快。该结果表明，尽管前者水分离子的水分子难以移动，但后者在疏水水合界面周围的水被削弱，并且氢键变得更容易移动。

项目成果

白金電極界面におけるCOの脱離と水分子の吸着による電位変化

铂电极界面处CO解吸和水分子吸附引起的电势变化

• 发表时间: 2008
• 作者: 山方 啓;大澤雅俊
• 通讯作者: 大澤雅俊

分子はどうやって活性点にたどり着くのか?

分子如何到达活性位点？

• 发表时间: 2006
• 期刊: 触媒 48
• 作者: Akira Yamakata;Y.-X.Diao;山方 啓
• 通讯作者: 山方 啓

固液電気二重層界面の溶媒分子配向ダイナミクス

固液双电层界面溶剂分子的取向动力学

• 发表时间: 2007
• 作者: Yamakata;A. and Osawa;M.;山方啓・久保田純・大澤雅俊
• 通讯作者: 山方啓・久保田純・大澤雅俊

表面増強赤外分光法による電極界面の超高速ダイナミクスの追跡

使用表面增强红外光谱跟踪电极界面的超快动力学

• 发表时间: 2008
• 期刊: Electrochemistry (電気化学および工業物理化学) 76
• 作者: 山方啓;大澤雅俊
• 通讯作者: 大澤雅俊

ビピリジン電極修飾による電解水素発生の促進効果、第100回触媒討論会

联吡啶电极修饰对电解制氢的促进作用，第100届催化剂研讨会

• 发表时间: 2007
• 作者: Yamakata;A. and Osawa;M.;山方啓・久保田純・大澤雅俊;内田太郎・山方啓・大澤雅俊
• 通讯作者: 内田太郎・山方啓・大澤雅俊