Development of In-liquid Local Potential Distribution Measurement Technique Based on Atomic Force Microscopy and Its Applications to Nanoscale Studies

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本研究では、我々が独自開発した原子間力顕微鏡（AFM）ベースの液中電位分布計測技術（OL-EPM）の高感度・高速化と、開発技術を光触媒計測へ応用し、局所反応機構を明らかにすることが目的である。本年度は、研究成果①： OL-EPM計測高感度化のための超小型カンチレバー検討と、研究成果②：光感受性材料のための可視光レス計測AFMの開発とそれらを用いた光触媒反応の局所計測に取り組んだ。研究成果①では、収束イオンビーム走査電子顕微鏡で導電性AFM探針を自作することでOL-EPMでも超小型カンチレバーを実用化することに成功した。これにより、従来カンチレバーよりも5倍程度の力感度向上を実現した。同時に超高周波カンチレバーの使用は、OL-EPMの装置原理的制限を一部解決し、使用可能電解液濃度10 mMの制限を30 mMまで引き上げることを可能とした。研究成果②では、まず光触媒反応計測のための可視光レス計測を目的に、カンチレバー励振システムの改良を行った。励振方法の一つである磁気励振法は広く用いられている光熱励振法と異なり、光レス励振できる。これを改良・発展しOL-EPM計測でも使用可能なシステムを開発した。加えて、開発したカンチレバーと磁気励振システムで、BiVO4表面の光触媒反応分布のOL-EPM計測を行った。特性の異なる電解液中でOL-EPM計測することで、同じ水分解反応でも界面で生じる電荷蓄積の状態が異なり、それが直接反応状態にも関係する可能性を局所的に可視化することに成功した。このように本年度では、OL-EPMの高感度化技術の確立とAFMを構成する技術の改良に成功、加えて光触媒反応分布計測へとOL-EPM計測を応用できる可能性を示した。今後は、高速FPGAを用いてOL-EPM計測機能を有した自作AFMを開発することで、OL-EPM計測技術の高速化を目指す。