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溶液 中に存在す る電極 の界面 は,電 子の授受 を ともな う電気化学 反応や種 々の化 学種 の吸 着や脱離 な どの化学 反応が進行 す る場で あ り,そ こで起 こる反応 や現 象 を理 解 し制御 す るには,反 応 に関わ る化 学種の振 る舞 い を原 子 ・分子 のスケール で理 解す る ことが必要で あ る。 しか し,こ れ まで電極界面 を原子 ・分子 レベルで直接観 察 し, 電極反応 の詳 細 を解析 す る直接的 な手 法 はなかった。 走査型 トンネル顕微鏡(ScanningTunnelingMicroscopy:STM)お よ び走 査 型 原 子 間 力 顕 微 鏡(Atomic ForceMicroscopy:AFM)の 登場 は,個 々の 原子 や 分 子 を直接観察 しなが ら反応 を追跡で き る新 しい手法 とし て表面科学 や界 面化学 な どの研究分野 に大 きな衝撃 を与 えた1)。これ は,こ れ らの顕微 鏡 が原理 的 に真 空 中,気 相 中,溶 液 中な どの測定雰 囲気 を選 ばず,し か も,極 め て高い空間分解能(~Aオ ーダー)で 基板 表面 を画像 化 し, 個 々の原子 や分子 の振 る舞 い を解析可能 だ ったか らであ る。 このSTMを 溶液 中の電極界面 に適用 し,電 気化 学 的な制御下 で動 作可能 に した電気化学STMが 板 谷 らに よ り開発 され2)β),電極 ―溶 液界 面 の微視 的構 造 を直 接 その場観察 し,界 面 を構成 す る個々 の原子 や分子 の配 列 構造 とそこで進行 す る電気化学 反応 を関連 づ けて解析 で きる ようになって きた。 これ まで,金 属 や半導体単結 晶 の清浄表面,異 種金属原 子 による析 出層,有 機物 やイオ ンの吸着層 な どについて原子 ・分子 レベルでの表面構 造 解 析が なされ3)~7),電極表面 の局所 領域 を直接 観察 す る 手 法 として確立 しっ っある。 本稿 で は,溶 液 中 のAu(111)単 結 晶電 極 に焦点 をあ て,Au(111)清 浄表面 の原子配列構造 と再 構成 表面 の形 成,金 の電解析 出反応 に関与す る吸着種 の構造 と反応, お よび,チ オール系有機分 子 による自己組織化単分 子層 の表面吸着構造 と変化 を例 に,電 気化 学STMを 用 いた 局所 表面反応 のイ メー ジ ング につ いて述 べ る。

hyōmen gijutsu/hyoumen gijutsu

Characterization of Imaging of Localized Surface Reactions with Probe Microscopy. In Situ STM Imaging of Interfacial Structures and Reactions on Electrodes.