自己組織化単分子層における界面電子移動の超高速ダイナミックス

自组装单分子层中界面电子转移的超快动力学

基本信息

批准号：
08740533
负责人：
叶深
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08740533/
关键词：
和周波発生法 SFG 振動分光法自己組織化単分子層 Si (111)シリコン構造と配向

项目摘要

本研究では非線形光学の手法の一つである和周波発生法(Sum Frequency Generation, SFG)を用い、電極/電解質溶液界面における電子移動や構造変化のダイナミックスを解明することを目的としている。平成8年度で交付された奨励研究費により、電気化学環境下において、シリコン単結晶Si (111)表面を水素で終端化させ、その際にSi (111)表面に形成したSi-H種の安定性についてSFG法によってその場で調べた。さらにSi (111)/溶液の界面における水分子の吸着挙動についても予備的な調査を行った。SFG測定は米国のCalifornia大学SHEN研究室の測定システムを用い行った。可視光(Nd : YAGレーザーの二倍波、532nm)と赤外光(2〜10μm間波長連続可変)を入射角45度と57度で入射し、両ビームをSi (111)試料表面の同じ場所に合わせ、両者が空間と時間ともに一致させ、表面SFG測定を行った。水溶液の影響を減らすために、赤外光は試料の裏から入射できるように工夫した。40%NH_4F溶液でSi (111)表面をエッチングすることにより、2100cm^<-1>付近に一本強いピークが観測された。これはSi (111)表面に形成されたmonohydrideのSi-Hの伸縮振動に帰属された。Si (111)表面は原子レベルで平らかつ単原子層の水素で終端化させることが分かった。このSi-Hは空気中にあまり安定せず、時間とともにピーク強度が減少した。一方、不活性の窒素雰囲気中ではSi-Hがずっと安定に観測されたから、空気中の酸素と水によりSi-Hが酸化されたと示唆された。薄いNH_4F溶液中でSi-Hの形成過程や電極電位の制御の効果などをSFG法により詳しく調べた。現在、当研究室でも電極/電解質溶液界面に応用できるSGF測定システムをくみ上げるように準備している最中である。このようなSGFシステムを用い、高感度かつ超高速で界面における吸着分子の構造変化や電子移動のダイナミックスを調べる予定である。

本研究的目的是利用非线性光学方法之一的和频生成（SFG）方法来阐明电极/电解质溶液界面处的电子转移和结构变化的动力学。 1996年授予的研究经费用于在电化学环境中用氢终止硅单晶Si（111）表面，并现场研究了在Si（111）表面上形成的Si-H物种的稳定性。使用 SFG 方法。此外，我们对水分子在Si(111)/溶液界面的吸附行为进行了初步研究。 SFG 测量是使用美国加州大学 SHEN 实验室的测量系统进行的。可见光（Nd：YAG激光的双波，532 nm）和红外光（波长从2至10 μm连续变化）以45度和57度的入射角入射，两束光束照射到物体的同一表面上。 Si(111)样品根据位置，在空间和时间上进行匹配，并进行表面SFG测量。为了减少水溶液的影响，我们设计了一种让红外光从样品背面进入的方法。通过用40％NH_4F溶液蚀刻Si(111)表面，在2100cm^-1附近观察到单个强峰。这归因于Si(111)表面上形成的一氢化物的Si-H的伸缩振动。人们发现Si（111）表面是原子平坦的并且以氢单原子层终止。这种Si-H在空气中不太稳定，峰强度随着时间的推移而降低。另一方面，观察到 Si-H 在惰性氮气气氛中更加稳定，这表明 Si-H 被空气中的氧气和水氧化。采用SFG方法详细研究了稀NH_4F溶液中Si-H的形成过程以及控制电极电位的影响。目前，我们实验室正在准备一套可应用于电极/电解质溶液界面的SGF测量系统。我们计划利用该SGF系统以高灵敏度和超高速研究界面吸附分子的结构变化以及电子转移的动力学。