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3次元走査型AFMによる触媒反応場の物質分布解明

使用 3D 扫描 AFM 阐明催化反应场中的材料分布

基本信息

批准号：
21K14586
负责人：
森本将行
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

固体表面と溶媒分子やイオン種、溶質分子などの間で起こる界面現象を直接計測することは、そのメカニズムを理解することに留まらず新規材料設計に大きく貢献すると考えている。液中で起こる原子または分子スケールの界面現象を解明するために、原子分解能計測が可能な原子間力顕微鏡（AFM）計測技術と、固体表面の水和構造を計測することができる3次元走査型原子間力顕微鏡（3D-AFM）計測技術の進展が期待されている。そこで、AFM計測時の液中雰囲気を精密に制御することができるAFM計測技術を新たに開発し3D-AFMと組み合わせることで、固体表面やその近傍に存在する水分子やイオンなどの間に働く相互作用力を反映した吸着や脱着現象、さらには触媒反応メカニズムの解明を目的として研究を推進している。現在までに、電荷を有する機能性官能基が規則的に配列したモデル表面を構築し、液中で3D-AFM計測を行っている。モデル表面を構築することで、機能性官能基と溶媒分子、さらには溶存したイオン種との間に働く相互作用力を分子や官能基スケールでの理解が深まる。構築したモデル表面のAFM計測の成果として、電荷を有する官能基表面に特徴的な界面現象を可視化することに成功した。この結果をもとに投稿論文を作成中である。また、前述したモデル表面とは異なる材料表面特性を解明するために、探針－表面間の相互作用力の計測と得られた力―距離曲線から特徴量を抽出し、統計解析を行うことで材料特性の解明を行った。

The interface phenomena between solvent molecules and solute molecules on solid surfaces can be directly measured and understood. The progress of atomic force microscopy (AFM) measurement technology is expected to be made in the field of 3D atomic force microscopy (3D-AFM) measurement technology. AFM measurement technology has been developed for the precise control of gas in liquid phase. 3D-AFM measurement technology has been developed for the study of interaction forces between water molecules and solid surfaces. Now, the functional groups with electric charge are regularly arranged on the surface, and 3D-AFM measurement is carried out in solution. A deep understanding of the interaction between functional groups and solvent molecules, as well as the interaction between functional groups and solvent molecules, has been achieved. AFM measurement results for the construction of a functional surface are successfully visualized. This is the first time I've ever written a paper. The surface properties of the material are analyzed by the measurement of the interaction force between the probe and the surface, the extraction of the force-distance curve, and the statistical analysis.