プロチウム導入による機能性ダイヤモンド電極の電気化学特性制御

引入氕控制功能性金刚石电极的电化学性能

基本信息

批准号：
12022202
负责人：
八木一三
金额：
$ 1.34万
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

硼素をドープした導電性ダイヤモンド電極は、きわめて広い電位窓と微小な残余電流を有し、しかも酸化還元種に対する応答が良いという特異的に優れた電極材である。ダイヤモンド表面の終端水素や表面近傍に存在する原子状水素の存在が表面の伝導性や電子放出能に大きく影響することが示唆されているが、ダイヤモンド内に局在する水素原子がどのような電子状態を形成しているか、あるいはどのような機構でダイヤモンド表面特性を変えるのか、という点については、完全な理解には至っていない。本研究では、ダイヤモンド薄膜表面及び表面近傍層における原子状水素の濃度を直接決定すると同時に、薄膜の電気化学特性・光電気化学特性との相関を細部まで調べ、水素が及ぼす影響を定量的に評価した。ダイヤモンド電極表面の原子状水素濃度を測定する手法としては、電子線励起脱離(ESD)と飛行時間型質量分析装置(TOF-MASS)を利用した走査型水素顕微鏡により表面層に局在する水素原子を検出・画像化した。測定はプラズマアシストCVD成長後のAs-Grown試料、アノード酸化処理を行った試料、および重水素化した硫酸の重水溶液中で重水素発生を行った試料について行った。各試料のESD-TOF-Massスペクトルから、As-Grown表面と比較すると、電解処理表面(重水素発生・アノード酸化処理の双方)で明らかに酸素の存在量の増大ならびに酸素の状態の変化が明らかになった。アノード酸化処理による酸素シグナルの増大は予想通りであるが、重水素発生表面でも酸素が導入されていることは注目に値する。すなわち、この結果から予想されるダイヤモンド電極表面における水素発生反応機構は、終端水素自身が中間体であるということを示唆している。終端水素が引き抜かれ、残ったダングリングポンドが水と反応したからこそ、表面に酸素種が導入されたと考えられるからである。現在、その面内分布を明らかにする実験を検討している。

掺杂硼的导电金刚石电极是一种独特的优异电极材料，具有极宽的电位窗口、较小的残余电流以及对氧化还原物质的良好响应。有人认为，金刚石表面存在的末端氢和表面附近存在的原子氢极大地影响了表面电导率和电子发射能力，我们尚不完全了解这些条件是否形成或它们改变金刚石表面性质的机制。。在本研究中，我们将直接测定金刚石薄膜表层和近表层的原子氢浓度，同时详细研究其与薄膜电化学和光电化学性能的相关性，并定量评估氢的影响。为了测量金刚石电极表面的原子氢浓度，使用电子束激发解吸 (ESD) 和使用飞行时间质谱 (TOF-MASS) 的扫描氢显微镜来测量位于表面层的氢。被检测到并成像。对等离子体辅助CVD生长后的As-Grown样品、经过阳极氧化处理的样品以及在重氘硫酸水溶液中进行氘生成的样品进行了测量。从每个样品的 ESD-TOF-Mass 谱来看，与 As-Grown 表面相比，可以清楚地看出，电解处理表面（氘生成和阳极氧化处理）上存在的氧量增加，氧状态发生变化。）。尽管阳极氧化处理导致氧信号的增加符合预期，但值得注意的是，在氘产生表面也引入了氧。换句话说，根据该结果预测的金刚石电极表面上的氢生成反应机制表明末端氢本身是中间体。这是因为氧气被认为已被引入表面，因为末端氢被提取并且剩余的悬空池与水发生反应。我们目前正在考虑进行实验来阐明其面内分布。