ダイヤモンド単結晶電極の創製とその光電気化学ダイナミクス

金刚石单晶电极的制备及其光电化学动力学

基本信息

批准号：
11118220
负责人：
八木一三
金额：
$ 1.28万
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 (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究においては、導電性単結晶薄膜の成長を試み、単結晶を用いてダイヤモンド電極が本来共有する電気化学及び光電気化学特性の評価を目的としている。ここでは、人工合成ダイヤモンド単結晶基板上に導電性ダイヤモンド薄膜を作製するホモエピタキシャル成長の結果について報告する。ダイヤモンド薄膜の成長はマイクロ波プラズマCVD法により行った。基板にオフ角度をつけることにより基板上のステップ幅が基板表面に入射した炭素前駆体の拡散長より短くなり、ステップフロー成長が起こりやすくなった。結果として成長膜は平坦な単結晶(100)面であることがわかった。得られた薄膜は結晶粒界、sp^2炭素が少なく、(100)面が揃っているので、従来の多結晶薄膜に比べてより詳細にダイヤモンド電極の電気化学特性が評価できる。硝酸溶液中におけるサイクリックボルタモグラムでは、水素発生・酵素発生電流の立ち上がりがそれぞれカソード・アノード方向にシフトした。単結晶表面の抵抗率が多結晶のそれよりも高いことから、ボロンドープ量が低く、irドロップのために水素・酵素過電圧が大きいものと考えた。実際、ボロン導入が起こりやすい(111)電極では電位窓が多結晶電極とほぼ同程度のCVが報告されている。しかしながら、電解質溶液中にヘキサシアノ鉄錯体やヘキサアンミンルテニウム錯体などの一電子酸化還元種を導入した場合、多結晶電極と殆ど変わらない準可逆な電子移動を反映したCVが得られた。この事実は、ダイアモンド表面において外圏型電子移動が起こるサイトと水素・酵素発生などの内圏型多電子移動反応が起こるサイトが異なっている可能性を示唆している。

在这项研究中，我们尝试生长导电单晶薄膜，并使用单晶来评估金刚石电极原本具有的电化学和光电化学性能。在这里，我们报告了在人造金刚石单晶基底上同质外延生长导电金刚石薄膜的结果。采用微波等离子体CVD法生长金刚石薄膜。通过设置与基底的偏角，基底上的台阶宽度变得比入射到基底表面上的碳前体的扩散长度短，使得台阶流生长更容易发生。结果，发现生长的膜具有平坦的单晶(100)面。所获得的薄膜具有很少的晶界、sp^2碳和(100)晶面，因此可以比传统的多晶薄膜更详细地评估金刚石电极的电化学性能。在硝酸溶液中的循环伏安图中，氢气产生和酶产生电流的上升分别向阴极和阳极移动。由于单晶表面的电阻率高于多晶，因此推测硼掺杂量低并且由于IR降而导致氢/酶过电势大。事实上，据报道，更容易发生硼引入的(111)电极具有与多晶电极几乎相同的电位窗口CV。然而，当将单电子氧化还原物质例如六氰基铁络合物或六氨钌络合物引入电解质溶液中时，获得了反映准可逆电子转移的CV，其几乎与多晶电极的CV相同。这一事实表明，在金刚石表面上发生外球型电子转移的位点和发生内球型多电子转移反应（例如氢和酶生成）的位点可能不同。