【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.30】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22HK0110
利用課題名 / Title
電極触媒反応を加速する構造電極の作成
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
リソグラフィ/Lithography,スパッタリング/Sputtering,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,EB,量子効果/ Quantum effect,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
福島 知宏
所属名 / Affiliation
北海道大学 理学研究院 化学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
松尾保孝,アグス スバギョ
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-604：レーザー描画装置
HK-609：ヘリコンスパッタリング装置
HK-611：多元スパッタ装置
HK-620：ICP高密度プラズマエッチング装置（フッ素）
HK-701：電子ビーム描画装置(30kV)
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
電気化学反応の制御は次世代エネルギー変換反応に向けて重要な課題である。本研究ではナノ構造における電場集中効果を利用して、電極触媒特性の精密制御を目的としている。そこでnmオーダーで構造が精密に制御された構造電極を作成し、それらの幾何特性、光学特性評価を行い、電極触媒特性に関して検証を行った。
実験 / Experimental
研磨したグラッシーカーボン電極上にレジストをスピンコートし、電子線ビームリソグラフィとレーザー描画装置によるパターン形成と、EB蒸着やスパッタを利用してCrエッチングマスクを作製、ドライエッチングによりグラッシーカーボンをエッチングし、数十µm2程度の投影面積を有するナノ構造電極の配列構造を作成した。顕微反射計測により光学特性の評価を行い、電極触媒特性の評価を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
ナノ構造電極の作成を行った。レジスト描画の設計に近い精度での構造形成をSEMより確認し、数nmオーダーでのサイズ制御が可能となることを明らかとした。さらには電極反応へと利用するためにこれらのナノ構造が密に分布した構造配列を作成し、一つの構造配列が顕微観測において十分に確認可能な数十µm2程度の投影面積を有するナノ構造電極の配列構造を作成した。顕微反射計測を行ったところ、プラズモン共鳴に由来する散乱ピークが観測され、ナノ構造体の存在が確認された。また電気化学反応に伴う気体生成を利用して動画観測による触媒特性評価を行ったところ、構造に依存した電極触媒特性が観測された。以上の検討から構造電極の作成手法を確立し、電極触媒特性への利用を可能とした。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Takahiro Hayashi, Understanding Spatial Distributions of Dye Molecules Coupled to the Surface Lattice Resonance Mode through Electrochemical Reaction Control, The Journal of Physical Chemistry Letters, 14, 2268-2276(2023).
DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c03442
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Nobuaki Oyamada, Room-Temperature Molecular Manipulation via Plasmonic Trapping at Electrified Interfaces, Journal of the American Chemical Society, 144, 2755-2764(2022).
DOI: 10.1021/jacs.1c12213
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Shunpei Oikawa, Low-Temperature Annealing of Plasmonic Metal Arrays for Improved Light Confinement, The Journal of Physical Chemistry C, 126, 1188-1195(2022).
DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c08931
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件