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非線形化学現象による固体表面上での機能性動的ナノパターンの自発的形成

通过非线性化学现象在固体表面自发形成功能动态纳米图案

基本信息

批准号：
14750656
负责人：
中西周次
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、1.電極触媒反応を用いた非線形現象に伴う時空間パターン発現の機構解明、2.電気化学非線形現象を利用した微細構造形成の2本の流れを軸に遂行された。1.H_2O_2およびS_2O_8^<2->の電気化学的還元反応では自発的な電位・電流のリズム形成現象(振動現象)が現れる。本研究では電極として原子レベルで構造の規定された単結晶金属を使用し、その反応機構の原子・分子レベルでの解明を行った。この研究を通して電極表面上に吸着したハロゲンなどの電気陰性種がH_2O_2、S_2O_8^<2->の吸着に対し大きな促進効果を有することを見出し、それをもとに振動現象の機構を解明することに成功した。さらに、その現象の時間リズムだけでなく電極表面上の反応位相の時空間マッピングを行い、振動現象に伴い様々な2次元時空間パターンが現れることを見出した。そして、上記のメカニズムを数理モデル化しシミュレーションすることで計算上でも同様の2次元パターンを再現することに成功した(未発表)。この反応系は電極触媒型であり、反応の前後で電極表面構造は変化しない。このことが電気化学系における非線形現象の機構解明を容易にし、これにより人為的に時空間パターンを誘発する手法を確立した。2.上に示した電極触媒型の反応系では電極表面上(固体表面上)に構造を形成することが不可能なため、研究目的遂行のため反応の履歴が構造として残る金属の電析反応における振動現象を利用した。振動現象を伴う金属電析反応に関する報告例で機構が解明されていたものはこれまでに無かったが、電極触媒型振動現象の研究で得た知識・知見を元に反応系にカチオン性の界面活性剤を加えるだけという非常に簡単な方法で振動現象の誘発に成功した。また、そうして得られた振動現象に誘起して、金属・合金のナノ多層薄膜構造の形成、および亜鉛・スズ・鉛などの金属の微細ネットワーク構造など振動現象なしでは決して得られない特異な構造の形成に成功した。

This study includes the following aspects: 1. The mechanism of nonlinear phenomena associated with time and space evolution in electrocatalytic reaction; 2. The mechanism of nonlinear phenomena associated with electrochemical reaction; 3. The mechanism of fine structure formation in electrocatalytic reaction; 4. 1. The electrochemistry of H_2O_2 and S_2O_8 <2->has been studied. In this study, the atomic and molecular structures of electrodes and crystals were studied. This paper studies the mechanism of electric negative species such as H_2O_2 and S_2O_8 <2->adsorbed on the surface of the electrode. The time and space of the antiphase on the surface of the electrode are separated, and the vibration phenomenon is accompanied by the two-dimensional space-time separation. In addition to the above, the mathematical model of the system is successfully reproduced on the basis of the calculation of the same two-dimensional model. The electrode surface structure before and after the reaction is changed. The mechanism of this non-linear phenomenon is easy to explain, and the method of artificial time and space is established. 2. The electrode catalyst type reaction system is used to form a structure on the surface of the electrode (solid surface), which is impossible for the purpose of research. Vibration phenomena associated with metal electroanalysis are reported in this paper. The mechanism is explained in detail. The study of electrocatalytic vibration phenomena is carried out. The knowledge is obtained. The reaction system is characterized by the interfacial activity. The method is very simple. The vibration phenomena are induced successfully. The vibration phenomenon was induced by the formation of multilayer thin film structure of metal alloy, and the vibration phenomenon was successfully solved by the formation of special structure of lead alloy.