SOR光利用表面X線吸収分光法による電極/溶液界面のその場構造解析

使用 SOR 光的表面 X 射线吸收光谱对电极/溶液界面进行原位结构分析

• 批准号: 09740509
• 负责人: 近藤 敏啓
• 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 Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740509/
• 关键词: シンクロトロン軌道放射(SOR)光; 表面X線吸収分光法(SXAS); EXAFS; XANES; p-GaAs; Cu; ナノクラスター; 電析; 表面X線吸収分光(SXAS); p-GaAs(100); 表面X線回折; 電気化学エッチング

本研究は、in situ SXAS測定により、金属・半導体単結晶電極/溶液界面の構造および電極上に構築した有機単分子層の構造を原子・分子レベルで評価し、既存のSTM/AFMやFT-IR、SHG測定結果との比較検討から、界面構造を詳細に解析することを目的としている。主な測定対象は、1)金単結晶電極表面の酸化物形成/還元課程の金原子間距離および金原子の電子状態変化の追跡、2)半導体電極(Si、GaAsなど)上に形成される金属層の構造の解析と制御、3)機能性有機単分子層修飾電極上の単分子層の吸着構造の決定と電極電位に依存した単分子層の配向追跡、4)UPD過程における析出金属の構造決定と基板原子構造変化の追跡などである。本年度の研究実績を以下に記す。表面X線吸収分光測定用in-situ電気化学セルの設計・作製 単結晶電極の表面に視斜角数ミリラジアンでSOR光を入射可能なダイフロン製in-situ電気化学セルを設計・製作した。原子レベルで表面構造を評価可能な程度に調製された単結晶電極を電気化学セルに装着し、電極電位を酸化膜が形成しないような電位に保持しながら、溶存酸素を取り除いた電解質溶液ですばやくセルを満たし、ポリエチレン製の薄膜(厚さ3.0μm)で電解質溶液を覆い、SXAS測定を行った。in-situ SXAS測定・結果解析 高エネルギー物理学研究所放射光実験施設のBL13C(管理責任者:大柳宏之氏(電子技術総合研究所基礎物質研究室長))にて、電極を装着済みの上で作製したin-situ電気化学セルをゴニオメーター上に取り付け、電極構成原子および吸着原子の吸収端付近の吸収スペクトルを蛍光X線収量法により測定した。具体的な対象として、p-GaAs(100)上へ電析したCuの構造について解析した。その結果、単原子層以下の電析量ではCu-Cu結合距離の短い(2.1Å)ナノクラスターを形成し、電析量の増加に伴いバルクCu-Cu結合距離(2.5Å)をもつマイクロクラスターを形成していく過程を実測した。

This study aims to evaluate the structure of the interface between metal and semiconductor crystalline electrodes/solutions and the structure of organic single molecular layers on electrodes measured by in situ SXAS, compare the results of existing STM/AFM, FT-IR and SHG measurements, and analyze the interface structure in detail. Main measurement objects: 1) Acid formation/reduction course of gold crystal electrode surface, distance between gold atoms and trace of electronic state change of gold atoms, 2) Semiconductor electrode Analysis and control of the structure of the metal layer formed on Si, GaAs, etc. 3) Determination of the adsorption structure of the monomer layer on the electrode modified by the functional organic molecular layer 4) Determination of the structure of the precipitated metal in the UPD process and tracking of the atomic structure of the substrate. The research results for this year are reported below. Design and fabrication of in-situ electrochemical systems for surface X-ray absorption spectroscopy Design and fabrication of in-situ electrochemical systems for surface viewing angle measurement of crystalline electrodes Atomic structure, surface structure evaluation, modulation, single crystal electrode, electrochemistry, electrode potential, acidification film formation, potential maintenance, dissolution of acid, electrolyte solution, electrolyte solution, electrolyte solution preparation, SXAS measurement. In-situ SXAS measurement and analysis of the results High temperature radiation physics laboratory radiation laboratory design BL 13C (management responsible: Hironoshi Oyanagi (Director of Basic Materials Research Institute of Electronics Technology)), electrode installation on the top of the system, in-situ electrical chemistry on the top of the system, electrode composition atom and absorption of atoms near the absorption side of the absorption of light X-ray spectrometry measurement. The structure of Cu on p-GaAs(100) is analyzed in detail. As a result, the amount of electrodeposition below a single atomic layer was measured in the formation of Cu-Cu bonding distance (2.1 μ), and the amount of electrodeposition increased with the formation of Cu-Cu bonding distance (2.5 μ).

项目成果

T.Kondo et al: "Electrochemical Control of Second Harmonic Generation Properties of Self-Assembled Monolayers Containing trans-Ferroceryl-Nihzphznyl Ethylene Group on Gold" J.Am.Chem.Soc.121(2). 391-398 (1999)

T.Kondo 等人：“金上含有反式二茂铁基-Nihzphznyl 乙烯基基团的自组装单层的二次谐波生成特性的电化学控制”J.Am.Chem.Soc.121(2)。

T.Kondo et al: "Effects of Alkylchain Length of the Efficiency of Phetoinduced Electron Trunsfer at Gold Electrodes Modified with Self-Assembled Morekuyers Containing Porphpais,Ferroceve,and thiol separated each other by alkylchains" Z.Phys.Chem.(in press

T.Kondo 等人：“烷基链长度对金电极上光致电子传递效率的影响，该电极用包含波尔帕伊斯、铁氧体和硫醇的自组装莫尔库耶尔修饰，通过烷基链彼此分开”Z.Phys.Chem.（出版中）

近藤 敏啓: "放射光による電極表面の観察" RADIOISOTOPES. 47(7). 581-589 (1998)

Toshihiro Kondo：“使用同步加速器辐射观察电极表面”RADIOISOTOPES 47(7) (1998)。

K.Uosaki: "In Situ Observation of Anodic Dissolution Process of p-GaAs (001) in HCl Solution by Surface X-ray Diffraction" J.Electroanal.Chem.429. 13-17 (1997)

K.Uosaki：“通过表面 X 射线衍射原位观察 p-GaAs (001) 在 HCl 溶液中的阳极溶解过程”J.Electroanal.Chem.429。

K.Uosaki: "Very Efficient Visible-Light-Induced Up-hill Electron Transfer at a Self-Assembled Monolayer with a Porphyrin-Ferrocene-Thiol Linked Molecule" J.Am.Chem.Soc.119. 8367-8368 (1997)

K.Uosaki：“使用卟啉-二茂铁-硫醇连接分子在自组装单层上实现非常高效的可见光诱导上山电子转移”J.Am.Chem.Soc.119。