固液界面の赤外分光イメージング

固液界面的红外光谱成像

基本信息

批准号：
06F06343
负责人：
大澤雅俊
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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

项目摘要

本研究は、固液界面で二次元的なパターンを形成しながら進行する反応(Chemical wave)を赤外分光法でリアルタイムに追跡する新しい手法を開発することを目的とした。他の光学顕微鏡と異なり、特定官能基の吸収の強弱をイメージ化すれば、時々刻々と変化する分子の分布と反応の広がりが観察できると期待される。ただし、対象は単分子以下の超微量であり、溶媒の吸収に妨害されるので、通常の赤外顕微分光では実現が難しい。本研究では、内部反射配置の表面増強赤外分光法(ATR-SEIRAS)でこの問題を解決することとし、光源、球面鏡2枚、波長可変赤外フィルター、チャンネルマルチチャンネルMCT検出器からなる最大限に簡素で明るい赤外分光イメージング装置を製作した。(1)Chemical waveがもっとも形成されやすいと考えられるPt電極表面でホルムアルデヒド酸化の(空間平均での)電気化学振動を高速スキャンFT-IRで検討し、振動がフォルメート種を中間体とする主反応経路と、被毒種COを経る副次経路の相互作用の結果生じることを明らかにした。(2)上記反応系を赤外分光イメージング装置を用いて観測し、COが不均一な分布をしていることを見出したが、イメージのコントラストが十分でなく、予想されているパターンと異なっているので、真にChemical waveを観察したかどうかまだ確認できていない。(3)(1)の理解を深めるために、Pt電極表面の水分子の構造と水素吸着、Pd電極表面におけるギ酸の酸化機構、ならびにかたちを規制したPtナノ単結晶微粒子触媒表面におけるメタノール酸化機構を検討し、すべての系において新しい現象ならびに反応機構を提案した。

这项研究的目的是开发一种新方法，利用红外光谱来实时跟踪在固液界面形成二维图案时发生的反应（化学波）。与其他光学显微镜不同的是，通过对特定官能团的吸收强度进行成像，有望观察分子不断变化的分布和反应的扩散。然而，普通红外显微光谱很难实现这一点，因为目标是超痕量，小于单个分子，并且会受到溶剂吸收的干扰。在这项研究中，我们决定使用具有内反射配置的表面增强红外光谱（ATR-SEIRAS）来解决这个问题，我们创建了一种简单而明亮的红外光谱成像装置。 (1) 使用高速扫描 FT-IR，我们检查了被认为最有可能形成化学波的 Pt 电极表面上甲醛氧化的电化学振动（空间平均），并发现振动甲酸盐是中间体的主要反应，研究表明这是 CO2 途径与穿过有毒物质 CO 的次级途径相互作用的结果。 (2)我们利用红外光谱成像装置观察上述反应体系，发现CO分布不均匀，但图像对比度不足，图案与预期不同，因此尚无法确认是否存在。或者我们是否真正观察到了化学波。 (3)为了加深对(1)的理解，我们研究了Pt电极表面的水分子结构和氢吸附、Pd电极表面甲酸的氧化机理以及形状调控的甲醇氧化机理。 Pt纳米单晶细颗粒催化剂表面并提出了所有体系中的新现象和反应机制。