原子レベルで規制された電極触媒反応場におけるステップ構造の機能の解明

阐明原子水平调控的电催化反应场中阶梯结构的功能

• 批准号: 14740392
• 负责人: 田口 哲
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740392/
• 关键词: 電極触媒; 硝酸イオン; 還元; 環境汚染物質; 白金; 単結晶電極; 構造規制; 金

今年度は,Zn原子層がアンダーポテンシャル析出(upd)したPt(111)及びAu(111)電極上における硝酸イオン(NO_3^-)の挙動を調査した。Pt(111)については,1mMのZn^<2+>を含む0.1M KNO_3水溶液中(pH=5.0)で硝酸イオンの共吸着を伴いZnがupdする(ピーク電位0.1V vs. SCE)ことをサイクリックボルタンメトリー(電位走査速度100mV/s〜5mV/s)により確認した。このピーク電位・ピーク電気量はこれまで我々が報告してきた0.1MKH_2PO_4中の結果とほぼ一致していた。しかしながら,このpHではNO_3^-の還元は確認されず,この表面における触媒作用は確認できなかった。そこで,0.1M KNO_3に10^<-4>Mの硝酸(HNO_3)を加えpHを下げて(pH=3.67)上記と同様の測定を行ったところ,-0.15V vs. SCE(0.3V vs. RHE)から還元電流が流れ始め,-0.35V vs. SCE(0.1V vs. RHE)に大きなピークが観測された。溶液中にZn^<2+>が存在しない場合並びに硝酸イオンが存在しない場合には,この電位領域においてこのピークは観測されなかった。以上より,この還元電流は,Pt(111)電極表面に単原子層以下で析出した亜鉛上で硝酸イオンが還元されたことによると結論した。さらにpHを2.68まで下げて同様の測定したところ,この還元電流値はpH=3.67の場合に比べて更に増加した。この電流値の増加は,硝酸イオンの還元には,例えばNO_3^-+3H^++2e^-→HNO_2+H_2Oのように水素イオンが必要であることから説明できる。ZnがupdしたAu(111)電極については,還元ピーク電位は-0.6V vs. SCEとなり上記の場合に比べて負ではあったが,Pt(111)とは異なりpH=5.0の0.1M KNO_3水溶液でも硝酸イオンの還元電流が観測された。以上のように,Znが単原子層以下で電析した貴金属単結晶表面には,環境汚染物質である硝酸イオンの還元に対し触媒活性があることを初めて見出した。今後は,表面上の原子配列の違いによる触媒活性の違い等を調査する予定である。

今年，我们研究了硝酸根离子 (NO_3^-) 在 Pt(111) 和 Au(111) 电极上通过 Zn 原子层欠电位沉淀 (UPD) 的行为。关于Pt(111)，我们发现在含有1mM Zn^<2+>的0.1M KNO_3水溶液(pH=5.0)中Zn随着硝酸根离子的共吸附而增加(峰电位0.1V vs. SCE)。通过循环伏安法（电位扫描速率100 mV/s至5 mV/s）进行。这些峰值电势和峰值电量与我们报道的 0.1MKH_2PO_4 的结果几乎一致。然而，在此pH值下没有观察到NO_3^-的还原，并且不能证实该表面上的催化活性。因此，当我们将10^-4M硝酸(HNO_3)添加到0.1M KNO_3以降低pH(pH＝3.67)并进行与上述相同的测量时，-0.15V vs. SCE(0.3V vs. A)还原电流从-0.35V vs.SCE（0.1V vs.RHE）开始流动，在-0.35V vs.SCE（0.1V vs.RHE）处观察到大峰值。当溶液中不存在Zn 2+ 和硝酸根离子时，在该电势区域中没有观察到该峰。由上可知，该还原电流是由于沉积在 Pt(111) 电极表面上小于单原子层的锌上的硝酸根离子被还原所致。当pH进一步降低至2.68并进行类似测量时，与pH=3.67时的情况相比，还原电流值进一步增加。电流值的增加可以通过以下事实来解释：还原硝酸根离子需要氢离子，例如NO_3^-+3H^++2e^-→HNO_2+H_2O。对于具有 Zn upd 的 Au(111) 电极，还原峰电位为 -0.6V vs. SCE，与上述情况相比为负值，但与 Pt(111) 不同的是，在 pH = 5.0 的 0.1M KNO_3 水溶液中，观察到硝酸根离子的还原电流。如上所述，我们首次发现，沉积有少于单原子层的Zn的贵金属单晶表面具有还原环境污染物硝酸根离子的催化活性。未来，我们计划研究由于表面原子排列差异而导致的催化活性差异。

项目成果

Shin Takahashi, Akiko Aramata, Mitsuhiro Nakamura, Kiyoshi Hasebe, Masahiro Taniguchi, Satoshi Taguchi, Akihiko Yamagishi: "Electrochemical and in-situ STM studies of anomalous phosphate adsorption induced on Zn UPD at Au(111) in the presence of halide io

Shin Takahashi、Akiko Aramata、Mitsuhiro Nakamura、Kiyoshi Hasebe、Masahiro Taniguchi、Satoshi Taguchi、Akihiko Yamagishi：“卤化物 io 存在下，Au(111) 上 Zn UPD 诱导的异常磷酸盐吸附的电化学和原位 STM 研究