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

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。

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。