ナノギャップ電極を用いた電界触媒反応の開拓

使用纳米间隙电极开发电催化反应

基本信息

批准号：
22K19034
负责人：
山下建
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19034/
关键词：
電界触媒反応ナノギャップ電極電気二重層異性化反応

项目摘要

本年度は電界を触媒とする反応を実現するために表面積の大きいナノギャップ電極の作成を試みた。櫛形電極パターンを利用することで大面積化することが目標であるが、まずは電極対が1つで試みることとした。ナノギャップのプレパターンとして10 μmのギャップを持ち6 mm程度の対向長を持つ電極を準備した。ここに電圧を印加しながら金をゆっくりと蒸着することでナノギャップを形成することを目指した。本手法は論文として報告されている手法を参考としているが、ギャップ形成には至らず通電してしまう場合やギャップが広すぎで大きな抵抗値が観測される結果となった。今後は電極基板を取り扱う環境や膜厚モニターの精度などを改善して取り組む必要がある。プレパターンとして準備した金電極のリソグラフィー工程を精査することで電極のエッジ構造をシャープにすることも必要であることが明らかとなった。電界を触媒とした反応を実現するためのもう1つの手法として電極-電解液界面に生じる電気二重層に着目した研究も行った。ジピリジルテトラジンと2,3-ジヒドロフランのDiels-Alder付加体が異性化(再芳香族化)してアルコールが生成する反応について、電気二重層を形成した電極がある場合には電気二重層がない場合と比べて反応が加速することを見出した。本反応は単分子接合中での電界印加による反応加速は報告されているが、電気二重層のような原理的には大量の反応に適用可能な系で見出されたのは初である。

今年，我们试图创建具有较大表面积的纳米类电极，以实现电场催化的反应。目的是使用梳状电极图案增加区域，但首先我们决定尝试使用一个电极对。将具有10μm间隙和相对长度为6 mm的电极作为纳米含量的预模式制备。目的是通过缓慢沉积黄金在施加电压的同时慢慢沉积纳米含量。该方法使用本文报告的方法作为参考，但是间隙不会形成和电流流，并且间隙太宽，从而观察到了较大的电阻值。将来，有必要改善处理电极底物的环境以及膜厚度监测器的准确性。通过仔细检查以预击图制备的金电极的光刻过程，已经发现还必须锐化电极的边缘结构。还针对电极 - 电解质界面上发生的电动双层层进行了另一种通过使用电场催化反应的方法。在反应的反应中，二吡啶基四嗪的双二和2,3-二氢呋喃异构化（后瘤化）分离株（后腔）分离株（后部分子化），发现当电动双层与电气双层相比，在电动双层中存在电极时，反应是在电动双层存在的情况下所产生的。尽管已经报道了通过在单个分子连接中应用电场加速的反应，但这是第一次在系统中首次发现该反应，该系统原则上可以应用于大量反应，例如电力双层。