JP2007078488A - Electrochemical infrared spectroscope - Google Patents

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Masatoshi Osawa
雅俊 大澤
Hideo Naohara
秀夫 猶原
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Hokkaido University NUC
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Hokkaido University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical infrared spectroscope capable of objectively measuring a plurality of samples efficiently under the same condition at the same time. <P>SOLUTION: An electrochemical surface increasing infrared absorbing spectroscope is equipped with a total reflection measuring prism, an acting electrode comprising a metal thin film closely bonded to the base of the prism and supplied with an electrolyte on the opposite face of a face, the counter electrode forming a pair along with the acting electrode, a reference electrode for prescribing the potential of the acting electrode and an optical system for condensing infrared rays to the interface of the prism and the acting electrode from the interior of the prism and guiding the infrared rays totally reflected from the interface to a detector to detect the intensity thereof. A plurality of the acting electrodes are provided per the prism. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気化学赤外分光装置に関し、より詳細には、複数の電極表面のその場(in−situ)測定が可能な電気化学赤外分光装置に関する。   The present invention relates to an electrochemical infrared spectrometer, and more particularly to an electrochemical infrared spectrometer capable of in-situ measurement of a plurality of electrode surfaces.

赤外分光法による電極表面反応のその場測定は、電極表面上や電極表面近傍に存在する化学種を検出・同定することで、電極反応機構の解明が可能となることから、電気化学の発展に大きく貢献する技術として期待されている。具体的には、例えば、燃料電池における触媒反応機構を解明することによって、触媒利用率の向上や、長期間にわたる触媒性能の維持等の達成を実現することができる。   In-situ measurement of electrode surface reaction by infrared spectroscopy enables the elucidation of the electrode reaction mechanism by detecting and identifying the chemical species present on or near the electrode surface. It is expected as a technology that greatly contributes to Specifically, for example, by elucidating the catalytic reaction mechanism in a fuel cell, it is possible to achieve improvement in catalyst utilization, maintenance of catalyst performance over a long period of time, and the like.

赤外分光によって電極表面反応をその場測定する方法としては、高感度赤外吸収反射法(Infrared Reflection Absorption Spectroscopy:IRAS)が挙げられる。IRASは、電極と電解液との界面に赤外光を入射、反射させ、反射光の強度を測定することにより、電極表面を観察するものである(図9参照)。IRASにおいて、赤外光は上記界面への入射前、及び、該界面からの反射後に、電解液層内を通過する(図9参照)が、このとき電解液に強く吸収されてしまう。ゆえに、電解液による赤外光の吸収を抑制するため、電解液層を数μm程度に薄くする必要がある。   As a method for measuring the electrode surface reaction in situ by infrared spectroscopy, there is a highly sensitive infrared absorption reflection method (IRAS). In the IRAS, infrared light is incident and reflected on the interface between the electrode and the electrolyte, and the intensity of the reflected light is measured to observe the electrode surface (see FIG. 9). In the IRAS, infrared light passes through the electrolyte layer before being incident on the interface and after reflection from the interface (see FIG. 9), but at this time, it is strongly absorbed by the electrolyte. Therefore, in order to suppress absorption of infrared light by the electrolytic solution, the electrolytic solution layer needs to be thinned to about several μm.

しかし、電解液層を薄くすると、電極反応における反応種や反応生成物の拡散が行われにくくなり、電極反応がスムーズに進行しないという問題が生じる。特に、電極反応によりガスが生成する場合には、生成したガスが電極表面に滞ってしまい、分光測定が妨害されるため正確な測定が難しくなる。さらに、電解液層が薄いため、電極に電流が流れにくく、電極反応が妨げられやすい。また、電極に電流が流れ難いことから、電極電位を所望の値に制御することが困難である。
しかも、電解液層を薄くしても、電極表面近傍に存在し、検出・同定の目的とする化学種の吸収と比較して、電解液層の吸収(バックグラウンド吸収)は著しく大きいため、完全にバックグラウンド吸収を除去することは非常に難しく、電極表面の情報が得られにくい。
However, if the electrolyte layer is made thin, it becomes difficult for the reaction species and reaction products in the electrode reaction to diffuse, and the electrode reaction does not proceed smoothly. In particular, when a gas is generated by an electrode reaction, the generated gas stagnates on the electrode surface, and the spectroscopic measurement is disturbed, making accurate measurement difficult. Furthermore, since the electrolyte layer is thin, it is difficult for current to flow through the electrode, and the electrode reaction is likely to be hindered. In addition, since it is difficult for current to flow through the electrodes, it is difficult to control the electrode potential to a desired value.
Moreover, even if the electrolyte layer is thin, it exists near the electrode surface, and the absorption (background absorption) of the electrolyte layer is significantly larger than the absorption of the chemical species for detection and identification purposes. In addition, it is very difficult to remove background absorption, and information on the electrode surface is difficult to obtain.

上記のようなIRASの問題は、底面に金属薄膜を形成したプリズムを用い、全反射(Attenuated−Total−Reflection;ATR)法を適用することによって解決することが可能である(図10参照)。ATR法は、プリズムと電解液とを密着させ、プリズムから電解液内部へわずかに染み出す光(エバネッセント波)の反射を測定するものである。ATR法において、赤外光は電解液層内を通過しないので、電解液による赤外光の吸収が小さく、電解液層を厚くすることができる。従って、IRASのように電解液層が薄いために生じる諸問題が、ATR法では発生しにくい。   The problem of IRAS as described above can be solved by applying a total reflection (ATR) method using a prism having a metal thin film formed on the bottom surface (see FIG. 10). The ATR method measures the reflection of light (evanescent wave) that leaks slightly from the prism into the electrolytic solution by bringing the prism and the electrolytic solution into close contact with each other. In the ATR method, since infrared light does not pass through the electrolyte layer, the absorption of infrared light by the electrolyte is small and the electrolyte layer can be thickened. Therefore, various problems that occur because the electrolyte layer is thin like IRAS hardly occur in the ATR method.

さらに、このとき、プリズムに形成する金属薄膜(金属の種類、薄膜を形成する金属の粒径、膜厚等)によっては、金属薄膜の近傍に存在する化学種の赤外吸収が著しく増大し、該化学種を高感度で観察することができる。この金属薄膜による化学種の赤外吸収増強は、表面増強赤外吸収(Surface−Enhanced Infrared Absorption;SEIRA)と呼ばれている(非特許文献1、非特許文献2参照)。   Furthermore, at this time, depending on the metal thin film formed on the prism (the type of metal, the particle size of the metal forming the thin film, the film thickness, etc.), the infrared absorption of chemical species present in the vicinity of the metal thin film is significantly increased. The chemical species can be observed with high sensitivity. The infrared absorption enhancement of chemical species by this metal thin film is called surface-enhanced infrared absorption (SEIRA) (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

このSEIRAをATR法と組み合わせたATR−SEIRAS法において、赤外吸収増強効果は、電極である金属薄膜と電解液との界面付近においてのみ得られるため、電解液層による赤外吸収は増大されることがなく、電極表面近傍に存在する化学種のみを高感度で観察することができる。   In the ATR-SEIRAS method in which this SEIRA is combined with the ATR method, the infrared absorption enhancement effect is obtained only in the vicinity of the interface between the metal thin film as an electrode and the electrolytic solution, so that the infrared absorption by the electrolytic solution layer is increased. And only the chemical species present in the vicinity of the electrode surface can be observed with high sensitivity.

一方、赤外分光測定では、1つの測定点で1つの赤外スペクトルを得るのみでなく、試料表面の複数の点で赤外スペクトルを測定することによる測定点の増加やマッピング分析も行われている。このような複数点における赤外スペクトルの測定技術としては、例えば、特許文献1や特許文献2に記載のものがある。   On the other hand, in the infrared spectroscopic measurement, not only one infrared spectrum is obtained at one measurement point, but also the number of measurement points is increased and mapping analysis is performed by measuring the infrared spectrum at a plurality of points on the sample surface. Yes. Examples of such infrared spectrum measurement techniques at a plurality of points include those described in Patent Document 1 and Patent Document 2.

M.Osawa “Dynamic Processes in Electrochemical Reactions Studied by Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy (SEARA)” Bull.Chem.Soc.Jpn.,70,2681-2880(1997)M.Osawa “Dynamic Processes in Electrochemical Reactions Studied by Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy (SEARA)” Bull.Chem.Soc.Jpn., 70,2681-2880 (1997) 「赤外分光法」(実用分光学シリーズ)、尾崎幸洋編、アイピーシー出版部、第4章6節(160−170頁)、大澤雅俊分担執筆"Infrared Spectroscopy" (Practical Spectroscopy Series), Yukihiro Ozaki, IP Publishing Department, Chapter 4: 6 (pp. 160-170), Masatoshi Osawa 特開平11−190694号公報JP-A-11-190694 特開2002−214131号公報JP 2002-214131 A

従来、ATR−SEIRAS法において、表面構造、金属組成等が異なる金属薄膜を電極として用い、系統的な電極表面の観察を行う場合には、各金属薄膜からなる電極毎に赤外吸収スペクトルの測定が行われていた。すなわち、測定毎にプリズム乃至は電気化学赤外分光セルを交換する必要があり、非常に手間を要していた。また、電極である金属薄膜の金属組成の変動や、金属薄膜から電解液への金属種の溶解等により、測定条件を一定に保持することが容易でなく、再現性が低かった。
以上のように、従来のATR−SEIRAS法では、複数のサンプルを効率的に、且つ、同条件下において客観的に測定することが難しかった。特に、合金電極触媒からなる電極表面を観察する場合には、セットアップ中に金属種の溶解等が起こるため、合金触媒の活性比較が困難だった。
Conventionally, in the ATR-SEIRAS method, when a thin film of a metal having different surface structure, metal composition, etc. is used as an electrode and systematic observation of the electrode surface is performed, the infrared absorption spectrum is measured for each electrode made of each metal thin film. Was done. That is, it is necessary to exchange prisms or electrochemical infrared spectroscopic cells for each measurement, which is very troublesome. In addition, due to fluctuations in the metal composition of the metal thin film that is an electrode and dissolution of metal species from the metal thin film into the electrolyte, it was not easy to keep the measurement conditions constant, and reproducibility was low.
As described above, in the conventional ATR-SEIRAS method, it is difficult to measure a plurality of samples efficiently and objectively under the same conditions. In particular, when observing the surface of an electrode made of an alloy electrode catalyst, it is difficult to compare the activity of the alloy catalyst because dissolution of metal species occurs during setup.

本発明は上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、複数のサンプルを、効率良く、同条件下において同時に測定することが可能な電気化学赤外分光装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an electrochemical infrared spectrometer capable of measuring a plurality of samples efficiently and simultaneously under the same conditions. is there.

本発明の電気化学赤外分光装置は、全反射測定用プリズムと、該プリズムの底面に密着した金属薄膜からなり、且つ、該プリズム底面と密着した面とは反対側の面に電解液が供給される作用電極と、前記作用電極と対をなす対極と、前記作用電極の電位規定用の参照電極と、赤外光を前記プリズムの内部から該プリズムと前記作用電極との界面に集光し、該界面で全反射する赤外光を検出器へと導いて強度を検出する光学系と、を備える電気化学表面増強赤外吸収分光装置であって、前記プリズム1つに対して、前記作用電極が複数備えられていることを特徴とするものである。   The electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention comprises a total reflection measuring prism and a metal thin film in close contact with the bottom surface of the prism, and an electrolyte is supplied to a surface opposite to the surface in close contact with the prism bottom surface. A working electrode, a counter electrode paired with the working electrode, a reference electrode for regulating the potential of the working electrode, and infrared light from the inside of the prism to the interface between the prism and the working electrode. An electrochemical surface-enhanced infrared absorption spectroscopic apparatus comprising: an optical system for detecting the intensity by introducing infrared light totally reflected at the interface to a detector, and A plurality of electrodes are provided.

本発明の電気化学赤外分光装置は、一つのプリズムに対して複数の作用電極が設けられているため、同時に複数の電極表面の観察が可能である。また、一つのプリズムに対して複数の作用電極を設けることによって、複数のサンプル間の測定条件を同一にすることができる。   Since the electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention is provided with a plurality of working electrodes for one prism, it is possible to observe a plurality of electrode surfaces simultaneously. Further, by providing a plurality of working electrodes for one prism, the measurement conditions between a plurality of samples can be made the same.

前記複数の作用電極のうち、少なくとも1つを、他の少なくとも1つの作用電極と金属組成が異なる金属薄膜からなるものとする場合、合金電極触媒の研究、例えば、合金電極触媒の系統的な活性比較等が可能となる。   When at least one of the plurality of working electrodes is made of a metal thin film having a metal composition different from that of at least one other working electrode, research on alloy electrode catalysts, for example, systematic activity of alloy electrode catalysts Comparison and the like are possible.

測定条件の制御や電極の状態の把握等により、電極表面の観察をより系統的に行うことが可能となることから、前記複数の作用電極は、各々独立して電極電位が制御できることが好ましい。また、上記と同様の観点から、前記複数の作用電極は、各々独立して当該作用電極に流れる電流が検出できることが好ましい。   Since it is possible to perform systematic observation of the electrode surface by controlling measurement conditions, grasping the state of the electrode, and the like, it is preferable that the electrode potential of each of the plurality of working electrodes can be controlled independently. Further, from the same viewpoint as described above, it is preferable that each of the plurality of working electrodes can independently detect a current flowing through the working electrode.

前記複数の作用電極への赤外光の照射方法は特に限定されないが、限られた平面に多数の電極を配置し、各電極のスペクトル測定を効率的に行う観点から、全作用電極に同時に赤外光を照射させることが好ましい。
また、前記各作用電極の寸法が小さい場合は、赤外顕微鏡を用いて、前記複数の作用電極に赤外光を照射することが好ましい。
The method of irradiating the plurality of working electrodes with infrared light is not particularly limited. However, from the viewpoint of efficiently performing spectrum measurement of each electrode by arranging a large number of electrodes on a limited plane, red is simultaneously applied to all the working electrodes. It is preferable to irradiate with external light.
Moreover, when the dimension of each said working electrode is small, it is preferable to irradiate infrared light to these working electrodes using an infrared microscope.

各作用電極間の測定条件を同一にするという観点からは、前記電気化学赤外分光装置は、前記複数の作用電極から出射される反射光を同時に検出することが可能な多重チャンネル検出器を備えることが好ましい。
さらに、赤外分光測定の条件を安定に保持するため、また、各作用電極間の測定条件を同一にするためには、前記電解液を、前記複数の作用電極と前記対極とを内壁の一部として有する空間内を流通させることが好ましい。
From the viewpoint of making the measurement conditions between the working electrodes the same, the electrochemical infrared spectrometer includes a multichannel detector capable of simultaneously detecting reflected light emitted from the plurality of working electrodes. It is preferable.
Furthermore, in order to stably maintain the conditions of infrared spectroscopic measurement and to make the measurement conditions between the working electrodes the same, the electrolyte solution, the plurality of working electrodes, and the counter electrode are arranged on one inner wall. It is preferable to circulate in the space which has as a part.

本発明によれば、複数の電極表面を同時に測定することができるため、電極が設けられたプリズムや該プリズムを備えた電気化学赤外分光セルの交換等の手間をかけることなく、効率良く、且つ、同条件下で、複数のサンプルの測定が可能である。本発明の電気化学赤外分光装置は、特に、系統的な合金電極触媒の研究に好適に用いることができる。   According to the present invention, since a plurality of electrode surfaces can be measured at the same time, it is efficient without taking the trouble of exchanging a prism provided with an electrode or an electrochemical infrared spectroscopic cell equipped with the prism, In addition, a plurality of samples can be measured under the same conditions. The electrochemical infrared spectroscopic apparatus of the present invention can be suitably used particularly for the study of systematic alloy electrode catalysts.

本発明の電気化学赤外分光装置は、全反射測定用プリズムと、該プリズムの底面に密着した金属薄膜からなり、且つ、該プリズム底面と密着した面とは反対側の面に電解液が供給される作用電極と、前記作用電極と対をなす対極と、前記作用電極の電位規定用の参照電極と、赤外光を前記プリズムの内部から該プリズムと前記作用電極との界面に集光し、該界面で全反射する赤外光を検出器へと導いて強度を検出する光学系と、を備える電気化学表面増強赤外吸収分光装置であって、前記プリズム1つに対して、前記作用電極が複数備えられていることを特徴とするものである。   The electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention comprises a total reflection measuring prism and a metal thin film in close contact with the bottom surface of the prism, and an electrolyte is supplied to a surface opposite to the surface in close contact with the prism bottom surface. A working electrode, a counter electrode paired with the working electrode, a reference electrode for regulating the potential of the working electrode, and infrared light from the inside of the prism to the interface between the prism and the working electrode. An electrochemical surface-enhanced infrared absorption spectroscopic apparatus comprising: an optical system for detecting the intensity by introducing infrared light totally reflected at the interface to a detector, and A plurality of electrodes are provided.

以下、本発明の電気化学赤外分光装置について、図1を用いて説明する。図1Aは、本発明の電気化学赤外分光装置に備えられる電気化学赤外分光セルの一形態例の断面を示す模式図であって、図1Bは、図1Aのプリズムを作用電極側から見た模式図である。   Hereinafter, the electrochemical infrared spectrometer of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic view showing a cross section of one embodiment of an electrochemical infrared spectroscopic cell provided in the electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention, and FIG. 1B shows the prism of FIG. 1A viewed from the working electrode side. It is a schematic diagram.

図1において、全反射測定用プリズム(以下、単にプリズムということがある)1の底面(測定面)には、金属薄膜からなる作用電極2が密着した状態で設けられている。この作用電極2は、プリズム1と接する面とは反対側の面に電解液3が供給される。すなわち、プリズム、金属薄膜、媒質(電解液)をプリズム/金属/電解液の順に配置するkretschmann配置である。作用電極2は、1つのプリズム1に対して複数(図1においては、16個)設けられており、各作用電極2は隣接する作用電極2と一定の距離を持って接することなく配列されている。   In FIG. 1, a working electrode 2 made of a metal thin film is provided in close contact with a bottom surface (measurement surface) of a total reflection measurement prism (hereinafter sometimes simply referred to as a prism) 1. The working electrode 2 is supplied with the electrolytic solution 3 on the surface opposite to the surface in contact with the prism 1. That is, it is a kretschmann arrangement in which a prism, a metal thin film, and a medium (electrolytic solution) are arranged in the order of prism / metal / electrolytic solution. A plurality of working electrodes 2 (16 in FIG. 1) are provided for one prism 1, and each working electrode 2 is arranged without contacting a neighboring working electrode 2 with a certain distance. Yes.

作用電極2と対をなし、作用電極2に電流を流す対極4も電解液3と接しており、作用電極2の電解液3との接触面において電極反応が進行する。電解液3には、さらに作用電極2の電位を制御する参照電極5が接触している。図1に示す電気化学赤外分光セルにおいては、電解液3を充填する容器6内に対極4及び参照電極5が配置され、電解液3と対極4及び参照電極5とが接するようになっている。   The counter electrode 4 that forms a pair with the working electrode 2 and flows current to the working electrode 2 is also in contact with the electrolytic solution 3, and the electrode reaction proceeds on the contact surface of the working electrode 2 with the electrolytic solution 3. A reference electrode 5 that controls the potential of the working electrode 2 is further in contact with the electrolytic solution 3. In the electrochemical infrared spectroscopic cell shown in FIG. 1, the counter electrode 4 and the reference electrode 5 are arranged in a container 6 filled with the electrolyte solution 3 so that the electrolyte solution 3 is in contact with the counter electrode 4 and the reference electrode 5. Yes.

プリズム1は、測定領域における赤外吸収が小さく、屈折率が大きなもの(通常は、水の屈折率1.33よりも大きいもの)であれば特に限定されず、赤外分光において一般的に用いられているもの、例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、KRS−5(臭化ヨウ化タリウム)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、サファイア、等を用いることができる。理論的には、プリズムの屈折率が大きいほど、バルクの電解液の赤外吸収による妨害をさらに抑制することができるため、屈折率の大きなプリズムを用いることが好ましい。   The prism 1 is not particularly limited as long as it has a small infrared absorption in the measurement region and has a large refractive index (usually a refractive index of water larger than 1.33), and is generally used in infrared spectroscopy. For example, silicon (Si), germanium (Ge), KRS-5 (thallium bromide iodide), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), sapphire, and the like can be used. Theoretically, the larger the refractive index of the prism, the more the interference caused by infrared absorption of the bulk electrolyte can be further suppressed. Therefore, it is preferable to use a prism having a large refractive index.

中でも、屈折率が大きく、電気化学安定性や、化学的安定性(耐酸性)に優れたシリコンが好適である。また、シリコンは、電位窓が広く、また、金属薄膜との密着性にも優れるという観点から、ATR−SEIRA法のプリズムとして適している。ただし、シリコンは、1000cm−1以下のような低波数領域において赤外吸収を示すため、当該領域以外の赤外吸収スペクトルを測定する場合に用いることが好ましい。 Among them, silicon having a large refractive index and excellent in electrochemical stability and chemical stability (acid resistance) is preferable. Silicon is suitable as a prism for the ATR-SEIRA method from the viewpoint of a wide potential window and excellent adhesion to a metal thin film. However, since silicon exhibits infrared absorption in a low wavenumber region such as 1000 cm −1 or less, it is preferably used when measuring an infrared absorption spectrum outside the region.

また、例えば、ゲルマニウムは、屈折率が高く、且つ、1000cm−1以下のような低波数領域における赤外吸収が小さく、600cm−1まで赤外光を透過させることができるため、低波数領域の感度が高く、優れた光学特性を示す。しかしながら、化学的安定性が低く、作用電極(金属薄膜)2を構成する金属の種類や金属薄膜の作製方法等によっては、プリズム1の底面に所望の形状を有する作用電極2を形成することが困難であるという問題がある。具体的には、プリズムから金属薄膜が剥離しやすくなったり、金属薄膜に比較的大きなサイズのクラックやピットが発生することにより、ゲルマニウムが電解液に晒され、ゲルマニウム自身が溶解してしまう場合もある。従って、ゲルマニウムを用いる場合には、後述の金属薄膜を構成する金属種や金属薄膜の作製方法並びに測定電位領域等を適宜選択することが好ましい。 In addition, for example, germanium has a high refractive index and has low infrared absorption in a low wavenumber region such as 1000 cm −1 or less, and can transmit infrared light up to 600 cm −1 . High sensitivity and excellent optical properties. However, since the chemical stability is low, the working electrode 2 having a desired shape may be formed on the bottom surface of the prism 1 depending on the type of metal constituting the working electrode (metal thin film) 2 and the method for producing the metal thin film. There is a problem that it is difficult. Specifically, when the metal thin film is easily peeled off from the prism, or when a relatively large size crack or pit is generated in the metal thin film, germanium is exposed to the electrolytic solution, and germanium itself is dissolved. is there. Therefore, when germanium is used, it is preferable to appropriately select the metal species constituting the metal thin film described later, the method for producing the metal thin film, the measurement potential region, and the like.

プリズムの形状は、特に限定されず、赤外分光において用いられている一般的なものを用いることができる。例えば、半球状、半円柱状(かまぼこ状)、ピラミッド状、台形状、三角柱状等が挙げられる。中でも、赤外顕微鏡を用いる場合は、赤外光のスポット径を焦点をぼかさずに微小領域に絞り込めるという観点から半球状が好ましく、赤外顕微鏡を用いない場合には、三角柱状又は台形状が好ましい。
また、プリズムの寸法は特に限定されず、測定波数領域や設ける作用電極の数、大きさ等を考慮して適宜決定すればよいが、通常は、一般的に電気化学赤外分光装置に用いられている大きさプリズムを用いることが好ましい。
The shape of the prism is not particularly limited, and a general one used in infrared spectroscopy can be used. For example, a hemispherical shape, a semi-cylindrical shape (kamaboko shape), a pyramid shape, a trapezoidal shape, a triangular prism shape, and the like can be given. Among them, when using an infrared microscope, a hemisphere is preferable from the viewpoint of narrowing the spot diameter of infrared light to a minute region without defocusing, and when an infrared microscope is not used, a triangular prism or trapezoid Is preferred.
The dimensions of the prism are not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the measurement wave number region and the number and size of the working electrodes to be provided. Usually, the prism is generally used for an electrochemical infrared spectrometer. It is preferable to use a prism with a large size.

作用電極2は、表面増強赤外吸収(SEIRA)を示す金属薄膜からなり、作用電極2として機能すると共に、当該作用電極2と電解液との界面近傍に存在する化学種の赤外吸収を増大させるものである。
SEIRAを示す金属薄膜としては、通常、数十nm程度の径を有する金属微粒子が島状に分散した島状薄膜や、20〜100nm程度の薄い金属連続膜上に数十nm程度の径を有する金属微粒子が島状に分散したものが挙げられる。ここで、金属連続膜上に金属微粒子が島状に分散した金属薄膜は、金属連続膜と当該金属連続膜上に存在する金属微粒子の金属種が異なっていてもよいし、同一であってもよい。
或いは、SEIRAを示す金属薄膜として、表面に深さ10〜100nm程度の微細凹凸を有する薄い金属連続膜でもよい。
The working electrode 2 is made of a metal thin film exhibiting surface enhanced infrared absorption (SEIRA), functions as the working electrode 2, and increases the infrared absorption of chemical species existing in the vicinity of the interface between the working electrode 2 and the electrolytic solution. It is something to be made.
The metal thin film showing SEIRA usually has an island-like thin film in which metal fine particles having a diameter of about several tens of nanometers are dispersed in an island shape, or a diameter of about several tens of nanometers on a thin metal continuous film of about 20 to 100 nm. The thing which metal fine particles disperse | distributed to the island form is mentioned. Here, in the metal thin film in which the metal fine particles are dispersed in the form of islands on the metal continuous film, the metal species of the metal continuous film and the metal fine particles present on the metal continuous film may be different or the same. Good.
Alternatively, the metal thin film showing SEIRA may be a thin metal continuous film having fine irregularities with a depth of about 10 to 100 nm on the surface.

SEIRAを発現する金属としては、例えば、Ag、Au、Cu、In、Li、Sn、Pt、Pd、Ni、Al、Pb、Fe、Ir、Rh、Ruやこれら金属の合金(例えば、Pt−Fe合金)等が挙げられるが、これらに限定されず、理論的にはほとんどの金属で同程度の増強効果が期待される。上記にて例示した金属のうち、特にAg、Au、Cu、Ptは、高い赤外吸収増強効果を示すことが実験的に示されている。   Examples of metals that express SEIRA include Ag, Au, Cu, In, Li, Sn, Pt, Pd, Ni, Al, Pb, Fe, Ir, Rh, Ru, and alloys of these metals (for example, Pt-Fe Alloys) and the like, but are not limited to these, and theoretically, almost all metals are expected to have the same enhancement effect. Among the metals exemplified above, it has been experimentally shown that Ag, Au, Cu, and Pt, in particular, show a high infrared absorption enhancing effect.

作用電極2を形成する金属薄膜は、SEIRAを示し、且つ、エバネッセント波が電解液に到達する膜厚であって、電気導電性を確保できる膜厚を有するものであれば、金属微粒子の径や、金属薄膜の膜厚等は特に限定されない。充分なSEIRA強度を発現するためには、金属微粒子が表面に存在する金属薄膜の場合、金属微粒子の平均粒径が5〜100nm程度、特に50〜100nm程度が好ましい。金属微粒子の平均粒径が100nmを超えるような大きさになると、赤外吸収増強効果が減少したり、或いは、得られるスペクトルが歪んだりする場合がある。   The metal thin film forming the working electrode 2 exhibits SEIRA and has a film thickness that allows evanescent waves to reach the electrolyte and has a film thickness that can ensure electrical conductivity. The film thickness of the metal thin film is not particularly limited. In order to develop sufficient SEIRA strength, in the case of a metal thin film having metal fine particles on the surface, the average particle size of the metal fine particles is preferably about 5 to 100 nm, particularly about 50 to 100 nm. When the average particle size of the metal fine particles exceeds 100 nm, the infrared absorption enhancing effect may be reduced, or the obtained spectrum may be distorted.

また、表面に微細な凹凸形状を有する金属連続膜の場合、充分なSEIRA強度を発現するためには、微細凹凸の表面からの深さが50〜100nm程度であることが好ましい。原子レベルで平滑な表面では、SEIRA効果が低くなるおそれがあるからである。
金属薄膜のプリズム側表面の形状(金属微粒子の大きさや形状、連続膜上の凹凸サイズや形状等)によっては、得られるスペクトルが大きく歪む場合があることを考慮して、金属薄膜の表面構造を適宜設計することが好ましい。
Further, in the case of a metal continuous film having a fine uneven shape on the surface, the depth of the fine unevenness from the surface is preferably about 50 to 100 nm in order to develop sufficient SEIRA strength. This is because the SEIRA effect may be lowered on a smooth surface at the atomic level.
Considering that the surface of the metal thin film may be greatly distorted depending on the shape of the surface of the metal thin film on the prism side (the size and shape of the metal fine particles, the size and shape of the irregularities on the continuous film, etc.) It is preferable to design appropriately.

また、金属薄膜の膜厚は5〜100nm程度、特に十分な電気導電性を確保するためには20〜100nm程度であることが好ましい。金属薄膜の膜厚が100nmを超えると、金属微粒子の分散性が低下し、金属微粒子の融合が生じて島状に金属微粒子が分散した金属薄膜が形成されにくい。その結果、SEIRA強度が低下してしまう場合がある。但し、金属微粒子同士が互いに融合しあった金属薄膜でも、金属薄膜表面には多くのピットやクラック等の凹凸が存在し、これら金属薄膜の凹凸により赤外吸収の増強が生じる場合がある。従って、金属薄膜として、表面に金属微粒子が島状に分散していること、或いは、表面に上記したような微細凹凸があることは必ずしも必要なことではないが、赤外吸収増強効果が高いことから、クラックやピット等の比較的大きな凹凸を有する金属薄膜よりも、島状に分散した金属微粒子が存在している金属薄膜や上記したような微細凹凸を有する金属薄膜が好ましい。   The film thickness of the metal thin film is preferably about 5 to 100 nm, particularly about 20 to 100 nm in order to ensure sufficient electrical conductivity. When the film thickness of the metal thin film exceeds 100 nm, the dispersibility of the metal fine particles is lowered, the metal fine particles are fused, and it is difficult to form a metal thin film in which the metal fine particles are dispersed in an island shape. As a result, the SEIRA intensity may decrease. However, even in a metal thin film in which metal fine particles are fused with each other, there are many irregularities such as pits and cracks on the surface of the metal thin film, and the infrared absorption may be enhanced by the irregularities of these metal thin films. Therefore, it is not always necessary for the metal thin film to have metal fine particles dispersed on the surface, or to have fine irregularities as described above on the surface, but the infrared absorption enhancing effect is high. Therefore, a metal thin film having metal fine particles dispersed in islands or a metal thin film having fine irregularities as described above is preferable to a metal thin film having relatively large irregularities such as cracks and pits.

尚、金属薄膜の膜厚とは、金属薄膜の膜全体の厚みであり、連続膜上に金属微粒子が存在するものや、微細凹凸を有するものは、これら金属微粒子や微細凹凸を含めた厚みを金属薄膜の厚みとする。   The film thickness of the metal thin film is the thickness of the entire metal thin film, and those having metal fine particles on a continuous film or those having fine irregularities have a thickness including these metal fine particles and fine irregularities. The thickness of the metal thin film.

作用電極としての充分な電気導電性と、高いSEIRA効果とを同時に確保するためには、金属連続膜上に金属微粒子が島状に密に分散したもの、或いは、金属連続膜上に微細凹凸を有する金属薄膜が好ましい。   In order to ensure sufficient electrical conductivity as a working electrode and a high SEIRA effect at the same time, metal fine particles are densely dispersed in an island shape on the metal continuous film, or fine irregularities are formed on the metal continuous film. A metal thin film is preferable.

以上のようなSEIRAを示す金属薄膜は、エバネッセント波がプリズムと接する面とは反対側の面(電極表面)まで十分に染み込むことができる薄さであり、電極の裏側から赤外光を当てることによって電極表面を観察することが可能である。   The metal thin film showing SEIRA as described above is thin enough to allow the evanescent wave to penetrate to the surface (electrode surface) opposite to the surface in contact with the prism, and is irradiated with infrared light from the back side of the electrode. It is possible to observe the electrode surface.

ここで金属微粒子の平均粒径とは、金属微粒子の長径、短径の平均値であって、走査電子顕微鏡(SEM)、走査型トンネル顕微鏡(STM)、走査型原子間力顕微鏡(AFM)等による観察によって測定することができる。また、金属薄膜の膜厚は、水晶微量天秤による重量測定から換算したり、SEM、STM、AFM等によって測定することができる。   Here, the average particle diameter of the metal fine particles is an average value of the long and short diameters of the metal fine particles, and includes a scanning electron microscope (SEM), a scanning tunneling microscope (STM), a scanning atomic force microscope (AFM), and the like. Can be measured by observation. Moreover, the film thickness of a metal thin film can be converted from the weight measurement by a quartz crystal microbalance, or can be measured by SEM, STM, AFM, etc.

本発明の電気化学赤外分光装置は、1つのプリズムに対して、作用電極が複数設けられている点に大きな特徴を有するものである。従来のATR−SEIRASを利用した電気化学赤外分光装置は、1つのプリズムに対して、作用電極は1つであり、同条件下において複数の電極表面の観察を行う場合、作用電極が設けられたプリズムを各電極の測定ごとに交換、或いは、電気化学赤外分光セルを交換する等の手間を要した。さらに、作用電極を構成する金属薄膜の金属組成の変動や、金属薄膜の金属種の電解液への溶解等が生じるため、複数のサンプル測定間における条件を一定に保持することが難しかった。   The electrochemical infrared spectroscopic apparatus of the present invention is greatly characterized in that a plurality of working electrodes are provided for one prism. A conventional electrochemical infrared spectrometer using ATR-SEIRAS has one working electrode for one prism. When observing a plurality of electrode surfaces under the same conditions, a working electrode is provided. It was necessary to replace the prism every time each electrode was measured, or to replace the electrochemical infrared spectroscopic cell. Furthermore, since fluctuations in the metal composition of the metal thin film constituting the working electrode, dissolution of the metal species of the metal thin film in the electrolytic solution, and the like occur, it is difficult to keep the conditions between a plurality of sample measurements constant.

これに対して、本発明の電気化学赤外分光装置は、一つのプリズムに対して複数の作用電極が設けられているため、作用電極が設けられたプリズムや該プリズムを備えた電気化学赤外分光セルを交換することなく、同時に複数の電極表面の観察が可能であり、効率がよい。さらに、複数のサンプル間の測定条件を同一にすることができる。従って、本発明によれば、複数の電極表面を系統的に観察することが可能となる。具体的には、例えば、金属薄膜の金属組成が異なる作用電極をプリズムに複数設け、合金電極触媒の活性比較を行うことができる。合金電極触媒の活性は、金属組成の変動や合金構造の変化、金属種の溶出による影響を著しく受けるため、同条件下で客観的に測定することが重要であり、本発明の電気化学赤外分光装置によればそれが可能である。   On the other hand, the electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention is provided with a plurality of working electrodes for one prism, so that the prism provided with the working electrode and the electrochemical infrared including the prism are provided. A plurality of electrode surfaces can be observed at the same time without exchanging the spectroscopic cell, which is efficient. Furthermore, the measurement conditions between a plurality of samples can be made the same. Therefore, according to the present invention, it is possible to systematically observe a plurality of electrode surfaces. Specifically, for example, a plurality of working electrodes having different metal compositions of the metal thin film can be provided on the prism to compare the activity of the alloy electrode catalysts. The activity of the alloy electrocatalyst is significantly affected by fluctuations in the metal composition, changes in the alloy structure, and elution of the metal species, so it is important to measure objectively under the same conditions. This is possible with a spectroscopic device.

1つのプリズムに設けられる作用電極の数は、特に限定されず、測定したいサンプルの数の他、プリズムの底面(測定面)の大きさや、プリズムと作用電極との界面に赤外光を集光させる光学系の性能、反射光を検出する検出器の検出能等を考慮して適宜決定すればよい。作用電極の大きさもまた、測定したいサンプルの数の他、プリズムの底面(測定面)の大きさや、プリズムと作用電極との界面に赤外光を集光させる光学系の性能等によるが、通常は、10μm〜5mm×10μm〜5mm(タテ×ヨコ)程度とする。
作用電極の配置形態は特に限定されないが、赤外顕微鏡を用いる場合、隣接する作用電極間の距離が、赤外顕微鏡の空間分解能の限界(〜数μm以上、実用的には10μm以上)以上離れている必要がある。また、赤外顕微鏡を用いない場合には、隣接する作用電極間の距離が、使用する装置の空間分解能の限界以上離れている必要がある。
The number of working electrodes provided in one prism is not particularly limited. In addition to the number of samples to be measured, the size of the bottom surface (measurement surface) of the prism and the infrared light is condensed on the interface between the prism and the working electrode. What is necessary is just to determine suitably considering the performance of the optical system to make it, the detectability of the detector which detects reflected light, etc. The size of the working electrode also depends on the number of samples to be measured, the size of the bottom surface (measuring surface) of the prism, the performance of the optical system that collects infrared light at the interface between the prism and the working electrode, etc. Is about 10 μm to 5 mm × 10 μm to 5 mm (vertical × horizontal).
The arrangement form of the working electrode is not particularly limited, but when using an infrared microscope, the distance between adjacent working electrodes is more than the limit of spatial resolution of infrared microscope (up to several μm, practically 10 μm or more). Need to be. Further, when an infrared microscope is not used, the distance between adjacent working electrodes needs to be separated by more than the limit of the spatial resolution of the device to be used.

作用電極は、各作用電極ごとに金属薄膜の金属組成が異なっていてもよいし、同組成の金属薄膜からなる作用電極が複数あってもよい。また、金属組成が同じで、表面構造や厚さ等の構造の異なる金属薄膜からなる作用電極を設けてもよい。   In the working electrode, the metal composition of the metal thin film may be different for each working electrode, or there may be a plurality of working electrodes made of the metal thin film having the same composition. Moreover, you may provide the working electrode which consists of a metal thin film with the same metal composition and different structures, such as surface structure and thickness.

本発明の電気化学赤外分光装置は、プリズムに設けられる複数の作用電極として、金属組成や構造が異なる金属薄膜、特に金属組成が異なる金属薄膜を用いることによって、各金属触媒の電極活性の研究や電極反応の解析等に大いに貢献できる。一方、全作用電極に同一組成の金属薄膜を用い、各作用電極の電位を制御することによって、電極電位による電極活性の差異等の観察を行うこともできる。   The electrochemical infrared spectroscopic apparatus of the present invention is a study of electrode activity of each metal catalyst by using metal thin films having different metal compositions and structures, particularly metal thin films having different metal compositions, as the plurality of working electrodes provided on the prism. And can greatly contribute to the analysis of electrode reactions. On the other hand, by using a metal thin film having the same composition for all working electrodes and controlling the potential of each working electrode, it is possible to observe differences in electrode activity depending on the electrode potential.

上記のような金属薄膜の作製方法は特に限定されず、例えば、真空蒸着法や電解メッキ、無電解メッキ、スパッタ法等が挙げられる。真空蒸着法は、SEIRAを発現する金属薄膜を作製しやすく、金属種の選択性が広い。また、無電解メッキは、充分な電気導電性とSEIRA効果を同時に確保する金属薄膜を形成することができる。しかも、無電解メッキは、最も簡便な方法であり、且つ、プリズムの密着性に優れた金属薄膜を形成することができる。無電解メッキによる金属薄膜形成条件が確立されているものとしては、例えば、Ag、Au、Cu、Pt、Pd等が挙げられる。
金属薄膜作製時の条件(例えば、真空蒸着法における蒸着速度、無電解めっき法におけるめっき液の組成とめっき温度、など)によって、SEIRA効果が大きく左右されるため、適宜条件設定することが好ましい。
The method for producing the metal thin film as described above is not particularly limited, and examples thereof include vacuum deposition, electrolytic plating, electroless plating, and sputtering. The vacuum deposition method is easy to produce a metal thin film that expresses SEIRA, and has a wide selection of metal species. Electroless plating can form a metal thin film that ensures sufficient electrical conductivity and SEIRA effect at the same time. In addition, electroless plating is the simplest method and can form a metal thin film having excellent prism adhesion. Examples of established conditions for forming a metal thin film by electroless plating include Ag, Au, Cu, Pt, and Pd.
Since the SEIRA effect is greatly influenced by conditions (for example, the deposition rate in the vacuum deposition method, the composition of the plating solution and the plating temperature in the electroless plating method) at the time of forming the metal thin film, it is preferable to appropriately set the conditions.

金属薄膜からなる作用電極を複数形成する方法としては、特に限定されず、例えば、真空蒸着法や電解メッキ、無電解メッキ、スパッタ法等による金属薄膜の作製時に、所望のサイズ、形状、配置形態の作用電極を形成することができるマスクを用いたり、或いは、フォトリソグラフィー法を用いることができる。   The method for forming a plurality of working electrodes made of a metal thin film is not particularly limited. For example, when a metal thin film is produced by vacuum deposition, electrolytic plating, electroless plating, sputtering, or the like, a desired size, shape, and arrangement are used. It is possible to use a mask that can form the working electrode, or to use a photolithography method.

また、金属薄膜とプリズムとの密着状態が悪いと、測定中に金属薄膜がプリズムから剥離する等の問題が生じるため、金属薄膜とのプリズムの密着性は重要である。プリズムと金属薄膜との密着性を向上させるために、金属薄膜を形成する前に、例えば、プリズム底面に表面処理を施してもよい。プリズムと金属薄膜との密着性を向上させることによって、測定の感度を高めることができる。例えば、シリコンプリズムを用いる場合の表面処理としては、メルカプトシラン処理等が挙げられる。
電極表面は、電解液中で電位による酸化還元(酸化物形成域−水素発生域)を繰り返すことで洗浄しておくことが好ましい。電極表面の汚染は、電極反応の観察を著しく妨げるためである。
尚、SEIRAについては、上記した非特許文献1、非特許文献2等を参考にすることができる。
Also, if the adhesion between the metal thin film and the prism is poor, problems such as peeling of the metal thin film from the prism during measurement occur, and therefore the adhesion of the prism to the metal thin film is important. In order to improve the adhesion between the prism and the metal thin film, for example, surface treatment may be performed on the bottom surface of the prism before the metal thin film is formed. Measurement sensitivity can be increased by improving the adhesion between the prism and the metal thin film. For example, as a surface treatment when a silicon prism is used, a mercaptosilane treatment or the like can be given.
The electrode surface is preferably cleaned by repeating oxidation-reduction (oxide formation region-hydrogen generation region) by electric potential in the electrolytic solution. This is because contamination of the electrode surface significantly hinders the observation of the electrode reaction.
Regarding SEIRA, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and the like described above can be referred to.

プリズム1の内部を通過してプリズム1と作用電極2との界面に集光された赤外光は、臨界角より大きい入射角で当該界面に入射し、全反射される。このとき、エバネッセント波が作用電極2である金属薄膜の反対側の面(電極表面)まで染み込み、反射の際に作用電極2と電解液3との界面近傍に存在する化学種による吸収を受ける。ゆえに、プリズム1と作用電極2との界面から出射する反射光の強度を測定し、吸収スペクトルを解析することによって、作用電極2と電解液3との界面近傍に存在する化学種の検出や同定ができる。このときの化学種の赤外吸収は、作用電極2である金属薄膜の赤外吸収増強効果によって、著しく増大されるため、高感度で検出・同定が可能である。   Infrared light that passes through the prism 1 and is condensed at the interface between the prism 1 and the working electrode 2 enters the interface at an incident angle larger than the critical angle and is totally reflected. At this time, the evanescent wave penetrates to the opposite surface (electrode surface) of the metal thin film which is the working electrode 2 and is absorbed by chemical species existing in the vicinity of the interface between the working electrode 2 and the electrolytic solution 3 at the time of reflection. Therefore, by detecting the intensity of the reflected light emitted from the interface between the prism 1 and the working electrode 2 and analyzing the absorption spectrum, detection and identification of the chemical species existing in the vicinity of the interface between the working electrode 2 and the electrolytic solution 3 are performed. Can do. At this time, the infrared absorption of the chemical species is remarkably increased by the effect of enhancing the infrared absorption of the metal thin film that is the working electrode 2, so that detection and identification can be performed with high sensitivity.

尚、ここでいう作用電極2と電解液3の界面近傍に存在する化学種とは、作用電極の表面に吸着している吸着種のみならず、作用電極2の表面に吸着することなく作用電極2と電極液3の界面近傍に浮遊しているものも含まれ、電極反応における反応生成物や反応中間体、反応副生成物等が挙げられる。   Here, the chemical species present near the interface between the working electrode 2 and the electrolytic solution 3 are not only the adsorbing species adsorbed on the surface of the working electrode, but also the working electrode without adsorbing on the surface of the working electrode 2. Those floating in the vicinity of the interface between 2 and the electrode liquid 3 are also included, and examples include reaction products, reaction intermediates, and reaction byproducts in electrode reactions.

本発明の電気化学赤外分光装置は、SEIRAによる赤外吸収の増大効果を利用したものであり、電極表面の高感度なその場測定が可能である。また、ATR配置を利用することによって、IRASとは異なり、赤外光をプリズム側からプリズムと作用電極との界面に入射させるため、電解液による赤外光の吸収が小さく、電極表面近傍に存在する化学種測定の妨害がほとんどない。   The electrochemical infrared spectroscopic apparatus of the present invention utilizes the effect of increasing infrared absorption by SEIRA, and enables highly sensitive in-situ measurement of the electrode surface. Also, by using the ATR arrangement, unlike IRAS, infrared light is incident from the prism side to the interface between the prism and the working electrode, so the absorption of infrared light by the electrolyte is small and it exists near the electrode surface. There is almost no interference with the measurement of chemical species.

また、電解液層を1〜2μm程度に薄くする必要があるIRASに対して、ATR配置を利用する本発明の赤外分光装置は、電解液層の厚みに制限がないため、電解液内における成分の拡散が妨げられず、電極反応がスムーズに進行する。特に、電極反応によりガスが生成する場合でも、IRASに比べて、生成ガスが電極表面に滞りにくいため、生成ガスによる赤外分光測定の妨害が少ない。さらに、IRASのように、電流が流れ難いことによる電極反応の妨害や、電極電位の制御が困難であるといった問題が生じない。   In addition, for the IRAS where the electrolyte layer needs to be thinned to about 1 to 2 μm, the infrared spectroscopic device of the present invention using the ATR arrangement has no limitation on the thickness of the electrolyte layer. The diffusion of components is not hindered and the electrode reaction proceeds smoothly. In particular, even when a gas is generated by an electrode reaction, compared to IRAS, the generated gas is less likely to stay on the electrode surface, so that there is less interference with infrared spectroscopic measurement due to the generated gas. Furthermore, unlike IRAS, problems such as interference of electrode reaction due to difficulty in current flow and difficulty in controlling electrode potential do not occur.

各作用電極は、各々独立して、電極電位を制御できることが好ましい。各作用電極の電極電位を各々独立して制御することによって、同組成の金属薄膜からなる2つ以上の作用電極において、電位及び電流の差異による電極活性の差や電極反応の差等の系統的な観察が可能となる。また、電極電位の制御により、電極反応の種類や電極表面での吸着現象等を制御することができることから、電極電位を制御することによって、電極表面をより選択的に或いは統合的に観察することができる。また、各作用電極に適した電位をかけることが可能となる。
さらに、各作用電極に流れる電流の検出を各々独立してできる場合は、各作用電極の電極電位を規制して電流を測定する、ボルタンメトリーを行うことができる。
Each working electrode is preferably capable of independently controlling the electrode potential. By controlling the electrode potential of each working electrode independently, in two or more working electrodes made of metal thin films of the same composition, systematic such as differences in electrode activity and electrode reactions due to potential and current differences Observation is possible. In addition, by controlling the electrode potential, it is possible to control the type of electrode reaction, the adsorption phenomenon on the electrode surface, etc., so that the electrode surface can be observed more selectively or integratedly by controlling the electrode potential. Can do. It is also possible to apply a potential suitable for each working electrode.
Furthermore, when the current flowing through each working electrode can be detected independently, voltammetry can be performed in which the current is measured by regulating the electrode potential of each working electrode.

各作用電極の電極電位を制御及び電流を検出するには、ポテンショスタットを用いることができる。ポテンショスタットは、適当なリード線、好ましくは、測定条件下における電解液中で電気化学反応を起こさないリード線を用いて、各作用電極、対極及び参照極と接続される。さらに、ポテンショスタットは、多重チャンネル制御装置に接続された関数発生器に接続されて、各作用電極の電極電位の制御及び電流の検出を行うことになる。多重チャンネル制御装置は、パーソナルコンピュータ(PC)に接続される(図3参照)。   A potentiostat can be used to control the electrode potential of each working electrode and detect the current. The potentiostat is connected to each working electrode, counter electrode and reference electrode using a suitable lead wire, preferably a lead wire which does not cause an electrochemical reaction in the electrolyte under measurement conditions. Furthermore, the potentiostat is connected to a function generator connected to the multi-channel control device, and controls the electrode potential of each working electrode and detects the current. The multi-channel control device is connected to a personal computer (PC) (see FIG. 3).

電解液3は、作用電極2・対極4間に電流を流すための媒体となるものであって、作用電極2において酸化又は還元反応する反応種を含むものである。電解液としては、例えば、酸化反応種又は還元反応種、或いは、酸化反応種又は還元反応種を生成する電解質を溶解した電解質溶液や、酸化反応種又は還元反応種とイオン伝導を行う成分とを含むもの等が挙げられる。ここで、酸化反応種又は還元反応種には、測定条件下の電解液中において、酸化反応種又は還元反応種を生成する前駆体も含まれる。具体的には、酸素ガスと水素ガスを溶解させた酸性水溶液や、メタノールと酸性溶液との混合液等が挙げられる。
電解液は、酸素の還元反応の測定等の目的がある場合を除けば、再現性の確保や反応の複雑化を避けるために、ArガスやNガス等を用いて、電解液中の酸素を除く必要がある。
The electrolytic solution 3 serves as a medium for passing a current between the working electrode 2 and the counter electrode 4, and contains a reactive species that undergoes an oxidation or reduction reaction at the working electrode 2. Examples of the electrolytic solution include an oxidation reaction species or a reduction reaction species, an electrolyte solution in which an electrolyte that generates an oxidation reaction species or a reduction reaction species is dissolved, and a component that conducts ion conduction with an oxidation reaction species or a reduction reaction species. And the like. Here, the oxidation reaction species or the reduction reaction species include a precursor that generates an oxidation reaction species or a reduction reaction species in the electrolyte under measurement conditions. Specifically, an acidic aqueous solution in which oxygen gas and hydrogen gas are dissolved, a mixed solution of methanol and an acidic solution, or the like can be given.
Except for the purpose of measuring the reduction reaction of oxygen, etc., the electrolytic solution uses Ar gas, N 2 gas, or the like in order to ensure reproducibility and avoid complicated reactions. It is necessary to exclude.

対極4は、観察しようとする作用電極2に電流を流すことができれば、材質、形状等は特に限定されず、複数の作用電極2に対して対極は1つでもよい。また、参照電極5は、使用する電解液内において作用電極の電位の基準となる安定な電位を示すものであればよく、標準水素電極(SHE又はNHE)や、飽和カロメル電極(SCE)、可逆水素電極(RHE)、銀−塩化銀電極(Ag/AgCl)等を用いることができる。   The counter electrode 4 is not particularly limited in material, shape and the like as long as a current can flow through the working electrode 2 to be observed, and one counter electrode may be provided for the plurality of working electrodes 2. Moreover, the reference electrode 5 should just show the stable electric potential used as the reference | standard of the electric potential of a working electrode in the electrolyte solution to be used, a standard hydrogen electrode (SHE or NHE), a saturated calomel electrode (SCE), a reversible. A hydrogen electrode (RHE), a silver-silver chloride electrode (Ag / AgCl), or the like can be used.

作用電極2に供給される電解液3の濃度は、電極表面の観察条件として、一定に保たれることが好ましい。このような観点から、電解液3は、図2に示すようなフローシステムにより供給されることが好ましい。
図2においては、電解液3を収容した容器7と連通する導管8を電解質3が流通するようになっており、作用電極2の表面で電解液3が滞留しないようになっている。また、図2においては、作用電極2と共に対極4が導管8の内壁を構成し、且つ、対峙した構造となっている。このとき、参照電極5は容器7内に配置することができる。
The concentration of the electrolytic solution 3 supplied to the working electrode 2 is preferably kept constant as an observation condition of the electrode surface. From such a viewpoint, the electrolytic solution 3 is preferably supplied by a flow system as shown in FIG.
In FIG. 2, the electrolyte 3 flows through a conduit 8 communicating with the container 7 containing the electrolytic solution 3, and the electrolytic solution 3 is not retained on the surface of the working electrode 2. Further, in FIG. 2, the counter electrode 4 together with the working electrode 2 constitutes the inner wall of the conduit 8 and is opposed to each other. At this time, the reference electrode 5 can be disposed in the container 7.

このように作用電極に電解液を供給する手段として、作用電極及び対極を内壁の一部として有する空間内(導管8)に電解液を流通させるフローシステムを採用することによって、電解液が各作用電極表面付近に滞留しにくくなるので、各作用電極に供給される電解液の濃度を一定に保ちやすく、測定中に反応物の濃度が減少するといった問題が生じにくい。
また、フローシステムを採用する場合、電解液の流れの上流側に配置された作用電極表面と下流側に配置された作用電極表面とを比較観察することによって、電極反応生成物の組成や寿命等を調べられる可能性もある。このとき、各作用電極が、各々独立して、電極電位の制御や、電流の検出が可能な場合には、より系統的な観察や選択的な観察が可能となる。
As a means for supplying the electrolytic solution to the working electrode in this way, by adopting a flow system in which the electrolytic solution is circulated in the space (conduit 8) having the working electrode and the counter electrode as a part of the inner wall, the electrolytic solution can be used for each action. Since it is difficult to stay in the vicinity of the electrode surface, it is easy to keep the concentration of the electrolyte supplied to each working electrode constant, and the problem that the concentration of the reactant decreases during the measurement is less likely to occur.
In addition, when adopting a flow system, by comparing and observing the working electrode surface arranged on the upstream side of the flow of the electrolyte and the working electrode surface arranged on the downstream side, the composition and life of the electrode reaction product, etc. May be examined. At this time, when each working electrode can control the electrode potential and detect the current independently, more systematic observation and selective observation are possible.

電気化学赤外分光セルの小型化、電解液の高流速化が可能であることから、フローシステムにおける電解質層の高さ(導管の高さ、作用電極−該作用電極と対向する壁の距離)は、0.1〜5mm程度とすることが好ましい。電解液の高流速化は、物質の拡散の影響を低減できるという利点がある。
また、フローシステムを採用することにより、反応生成物を高速液体クロマトグラフィー(HLPC)や質量分析器に導いて分析することも可能となる。
尚、フローシステムを採用してセルを小型化する場合、ArガスやNガス等を用いて電解液から酸素を除く処理をセル内において行うことが難しいため、予め酸素を除いた電解液をフローさせることになる。
Since the electrochemical infrared spectroscopic cell can be downsized and the electrolyte flow rate can be increased, the height of the electrolyte layer in the flow system (the height of the conduit, the working electrode-the distance of the wall facing the working electrode) Is preferably about 0.1 to 5 mm. Increasing the flow rate of the electrolyte has the advantage that the influence of substance diffusion can be reduced.
In addition, by adopting a flow system, the reaction product can be led to high performance liquid chromatography (HLPC) or a mass analyzer for analysis.
In addition, when the cell is downsized by adopting the flow system, it is difficult to perform the process of removing oxygen from the electrolyte solution using Ar gas, N 2 gas, or the like in the cell. It will flow.

各作用電極への赤外光の照射は、プリズムに設けられた全作用電極へ同時に照射できるような大きさの赤外ビームによって行われてもよいし、各作用電極毎に一つずつ赤外ビームを照射してもよいし、或いは、全作用電極を複数の群に分けて、各群ごとに照射してもよい。
プリズム表面の限られた平面に多数の作用電極を配置し、各電極のスペクトル測定を効率的に行うという観点から、通常は、全作用電極に同時に赤外ビームが照射されることが好ましい。
Irradiation of each working electrode with infrared light may be performed by an infrared beam having a size capable of simultaneously irradiating all the working electrodes provided on the prism, or one infrared ray for each working electrode. Beams may be irradiated, or all working electrodes may be divided into a plurality of groups and irradiated for each group.
From the viewpoint of arranging a large number of working electrodes on a limited plane of the prism surface and efficiently measuring the spectrum of each electrode, it is usually preferable to irradiate all working electrodes simultaneously with an infrared beam.

各作用電極への赤外光の照射は、作用電極のサイズによっては、赤外顕微鏡を用いる必要がある。具体的には、通常、作用電極のサイズが40μm×40μm以下の場合には、赤外顕微鏡を使用する必要がある。本発明の電気化学赤外分光装置において、作用電極は、1つのプリズムに対して複数設けられており、1つのプリズムに対して1つの作用電極が設けられている通常の電気化学赤外分光装置の作用電極と比較して、通常、その寸法が小さく、40μm×40μm以下となる場合もある。尚、各作用電極のサイズが40μm×40μmより大きい場合でも、赤外顕微鏡の倍率等によっては、赤外顕微鏡を用いることが可能である。   Irradiation of infrared light to each working electrode requires the use of an infrared microscope depending on the size of the working electrode. Specifically, it is usually necessary to use an infrared microscope when the size of the working electrode is 40 μm × 40 μm or less. In the electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention, a plurality of working electrodes are provided for one prism, and an ordinary electrochemical infrared spectroscopic device in which one working electrode is provided for one prism. The size is usually smaller than that of the working electrode, and may be 40 μm × 40 μm or less. Even when the size of each working electrode is larger than 40 μm × 40 μm, an infrared microscope can be used depending on the magnification of the infrared microscope.

赤外顕微鏡による赤外光のスポット径の絞込みは、用いる作用電極の形状や寸法、観察したい電極領域の大きさによって適宜調節すればよい。赤外顕微鏡を用いれば、原理的には10〜20μm程度まで赤外光のスポット径を絞り込むことが可能である。赤外顕微鏡としては、赤外顕微分光装置に用いられる一般的なものを用いればよく、組み合わせて使用する分光器等によって異なってくるが、例えば、具体的には、作用電極のサイズが40μm×40μm以下の場合、VARIAN製のUMA600 FT−IR Microscope (商品名)等を用いることができる。
一方、作用電極のサイズが40μm×40μmより大きく、赤外顕微鏡を用いない場合の光学系としては、VARIAN製のStingray LS(商品名)等を用いることができる。
The narrowing of the spot diameter of infrared light by an infrared microscope may be appropriately adjusted depending on the shape and size of the working electrode used and the size of the electrode region to be observed. If an infrared microscope is used, the spot diameter of infrared light can be narrowed down to about 10 to 20 μm in principle. As the infrared microscope, a general one used in an infrared microspectroscope may be used, and it varies depending on a spectroscope used in combination. For example, specifically, the size of the working electrode is 40 μm × In the case of 40 μm or less, UMA600 FT-IR Microscope (trade name) manufactured by VARIAN can be used.
On the other hand, as an optical system when the size of the working electrode is larger than 40 μm × 40 μm and no infrared microscope is used, Stingray LS (trade name) manufactured by VARIAN can be used.

作用電極からの反射光の検出は、同一条件下における測定という観点から、各作用電極から出射される反射光を同時に検出することが可能な多重チャンネル検出器を用いて、各作用電極の反射光を同時に検出することが好ましい。多重チャンネル検出器が同時に測定可能な反射光の数は、用いる検出器にもよるが、例えば、VARIAN製のFastImageIR(商品名)は、縦横32〜128個ずつのチャンネル、すなわち、1024〜16384個のチャンネルを有しており、最大で16384ポイントの反射光を同時測定することが可能である。また、上記FastImageIRの各チャンネルは、最小で4μm角の領域を観測することが可能であり、64×64個のチャンネルを有している場合には、検出器全体としては、(4μm×64個)×(4μm×64個)=65536μmの領域を同時に観測することが可能である。この同時観測可能な領域の面積は、対物鏡の倍率を変更することによって拡大することができる。尚、多重チャンネル検出器のチャンネル数は、上記の範囲に限定されるものではなく、さらに増加してもよい。チャンネル数の増加に伴い、各チャンネルの測定可能領域は4μm角よりも小さくなる可能性がある。
各作用電極の反射光の同時測定が不可能な場合は、各測定間の時間間隔をできるだけ短くし、各測定の条件ができるだけ同一になるようにする。
The reflected light from the working electrode is detected from the viewpoint of measurement under the same conditions by using a multichannel detector capable of simultaneously detecting the reflected light emitted from each working electrode. Are preferably detected simultaneously. The number of reflected light that can be measured simultaneously by the multichannel detector depends on the detector used. For example, FastImageIR (trade name) manufactured by VARIAN has 32 to 128 channels in length and width, that is, 1024 to 16384. It is possible to simultaneously measure up to 16384 points of reflected light. Further, each channel of the FastImageIR can observe a minimum area of 4 μm square, and in the case of having 64 × 64 channels, the entire detector has (4 μm × 64 channels). ) × (4 μm × 64) = 65536 μm 2 region can be observed simultaneously. The area of this simultaneously observable region can be expanded by changing the magnification of the objective mirror. Note that the number of channels of the multichannel detector is not limited to the above range, and may be further increased. As the number of channels increases, the measurable area of each channel may become smaller than 4 μm square.
When simultaneous measurement of the reflected light of each working electrode is impossible, the time interval between each measurement is made as short as possible so that the conditions of each measurement are as identical as possible.

40μm×40μm以下の小型の作用電極を用いる場合、すなわち微小領域に赤外顕微鏡を用いて赤外光を照射させる場合、用いる検出器は高感度検出器でなければ測定は困難である。高感度検出器とは、微弱光を検出することができるもの、具体的には、検出器の感度を表すパラメータDが10以上のものであり、目安としては、FT−IR分光器に標準設置されている焦電型検出器DTGS或いはTGSよりも高感度な半導体検出器が挙げられる。高感度検出器は、通常、液体窒素若しくはヘリウムで冷却しながら用いる。
高感度検出器としては、一般的に用いられているもの、例えば、800〜4000cm−1の波数領域では液体窒素冷却高感度MCT検出器、2000cm−1以上の波数領域における測定ではInSb検出器、1000cm−1以下の波数領域における測定ではボロメータ、等を用いることができる。
When using a small working electrode of 40 μm × 40 μm or less, that is, when irradiating a minute region with infrared light using an infrared microscope, measurement is difficult unless the detector used is a high-sensitivity detector. A high-sensitivity detector is one that can detect faint light, specifically, a parameter D * that represents the sensitivity of the detector is 10 9 or more. As a guideline, an FT-IR spectrometer is used. A semiconductor detector having higher sensitivity than the pyroelectric detector DTGS or TGS installed as a standard can be mentioned. The high-sensitivity detector is usually used while being cooled with liquid nitrogen or helium.
The highly sensitive detector, which is generally used, for example, liquid nitrogen cooling sensitive MCT detector wave number region of 800~4000cm -1, InSb detector is measured at 2000 cm -1 or more wavenumber region, A bolometer or the like can be used for measurement in a wave number region of 1000 cm −1 or less.

本発明において、赤外光をプリズムの内部から該プリズムと作用電極との界面に集光し、且つ、該界面で全反射する赤外光を検出器へと導き、該全反射赤外光の強度を検出する光学系には、上記した赤外顕微鏡や検出器の他、赤外光の光源、放射光から平行光や収束光を生成、抽出するためのレンズや反射鏡、スリット等、その他の部材が適宜組み合わされて含まれる。光源として、シンクロトロンの高輝度光源を用いることで、より高いS/N比が得られることが期待できる。   In the present invention, the infrared light is condensed from the inside of the prism to the interface between the prism and the working electrode, and the infrared light totally reflected at the interface is guided to the detector. In addition to the infrared microscope and detector described above, the optical system for detecting the intensity includes a light source for infrared light, a lens, a reflecting mirror for generating and extracting parallel light and convergent light from the emitted light, a slit, etc. These members are included in appropriate combinations. It is expected that a higher S / N ratio can be obtained by using a synchrotron high-intensity light source as the light source.

図4に、本発明の電気化学赤外分光装置の形態例(FT−IR分光器)を示す。図4の(4A)において、光源から照射された赤外光は、ビームスプリッターや反射鏡により、試料室内の作用電極とプリズムの界面へと導かれ、当該界面で反射した反射光が検出器へと導かれる。赤外顕微鏡を用いる場合やイメージ測定の場合は、平面鏡を用いて赤外光を分光器から赤外顕微鏡(図4(4B)参照)又はイメージ測定用の外部光学系(図5参照)へと導く。   FIG. 4 shows a form example (FT-IR spectrometer) of the electrochemical infrared spectrometer of the present invention. In FIG. 4 (4A), the infrared light irradiated from the light source is guided to the interface between the working electrode and the prism in the sample chamber by a beam splitter or a reflecting mirror, and the reflected light reflected at the interface is sent to the detector. It is guided. In the case of using an infrared microscope or image measurement, infrared light is transmitted from a spectroscope to an infrared microscope (see FIG. 4 (4B)) or an external optical system for image measurement (see FIG. 5) using a plane mirror. Lead.

尚、本発明の電気化学赤外分光装置による電極表面のその場測定は、一般的な方法に順じて行うことができる。
また、本発明のようにSEIRAを利用した電気化学赤外分光装置は、マイクロ秒からミリ秒オーダーで変化する赤外吸収スペクトルを測定する時間分解測定に有効である。時間分解測定はシグナルが十分に大きい必要があるが、SEIRAを利用した電気化学赤外分光装置はシグナルを大きくすることができるからである。時間分解測定により、寿命の短い反応中間体の検出・同定が可能となる。
The in-situ measurement of the electrode surface by the electrochemical infrared spectrometer of the present invention can be performed in accordance with a general method.
In addition, an electrochemical infrared spectrometer using SEIRA as in the present invention is effective for time-resolved measurement for measuring an infrared absorption spectrum that changes in the order of microseconds to milliseconds. This is because time-resolved measurement requires a sufficiently large signal, but an electrochemical infrared spectrometer using SEIRA can increase the signal. Time-resolved measurement enables detection and identification of reaction intermediates with a short lifetime.

本発明の電気化学赤外分光装置は、電極表面、例えば、燃料電池の触媒表面、電気化学を利用したデバイス、電極表面を伝播する反応(反応分布)等における電極反応機構の詳細な解明を可能にするものである。さらに、メッキ過程、金属腐食、各種表面処理等の観察に好適に用いることもできる。また、本発明の電気化学性該分光装置は、電極表面における化学種の存在やその位置、さらに分布等を可視化(イメージング)することができる。   The electrochemical infrared spectroscopic device of the present invention enables detailed elucidation of the electrode reaction mechanism in the electrode surface, for example, the catalyst surface of a fuel cell, the device utilizing electrochemistry, and the reaction (reaction distribution) propagating on the electrode surface. It is to make. Furthermore, it can also be suitably used for observation of plating processes, metal corrosion, various surface treatments, and the like. In addition, the electrochemical spectroscopic device of the present invention can visualize (imaging) the presence, position, and distribution of chemical species on the electrode surface.

(参考実験例)
図5(5A)に示すような三角柱上のSiプリズム上に作用電極となる白金薄膜を形成した電気化学赤外分光セルを準備した。電解液(硫酸に一酸化炭素ガスをバブリングしたもの)の液漏れを防止するため、Siプリズムと電解液を収容する容器との間にはOリングを介在させた。
(Reference experiment example)
An electrochemical infrared spectroscopic cell in which a platinum thin film serving as a working electrode was formed on a Si prism on a triangular prism as shown in FIG. 5 (5A) was prepared. In order to prevent leakage of the electrolytic solution (a solution of carbon monoxide gas in sulfuric acid), an O-ring was interposed between the Si prism and the container containing the electrolytic solution.

図6(6A)は、図5(5A)の作用電極を上面側(プリズムとは反対側)から見た図である。図6(6A)に示すように、作用電極(白金薄膜)は、Siプリズム表面に3.5mm×3.5mmで形成されており、ポテンショスタットに接続する白金リード線を接続して、作用電極の電極電位の制御及び、電流の検出を行った。尚、図6(6A)において、作用電極を取り囲む円状の黒色部分は、Siプリズムが露出した部分である。Oリングの内側の部分が電解液に接触する。
図6(6B)は、実際に用いたSiプリズムと作用電極の写真である。写真は、電解液を収容する容器等を設置する前の状態であり、作用電極の汚染を防止するためにその表面を蒸留水で覆っている。
6 (6A) is a view of the working electrode of FIG. 5 (5A) as viewed from the upper surface side (the side opposite to the prism). As shown in FIG. 6 (6A), the working electrode (platinum thin film) is formed on the surface of the Si prism at a size of 3.5 mm × 3.5 mm, and the working electrode is connected to a platinum lead wire connected to a potentiostat. The electrode potential was controlled and the current was detected. In FIG. 6 (6A), a circular black portion surrounding the working electrode is a portion where the Si prism is exposed. The inner part of the O-ring contacts the electrolyte.
FIG. 6 (6B) is a photograph of the actually used Si prism and working electrode. The photograph shows a state before a container or the like for storing an electrolytic solution is installed, and its surface is covered with distilled water to prevent contamination of the working electrode.

作用電極には、赤外顕微鏡を用いずに赤外光を照射し、SEIRA効果により増強された反射光は、64×64チャンネルのFPA(Focal Plane Array)を有する多重チャンネルMCT検出器を用いた。図5(5B)に、多重チャンネルMCT検出器の概念図を示す。64×64個のFPAそれぞれにスペクトルが格納される。   The working electrode was irradiated with infrared light without using an infrared microscope, and reflected light enhanced by the SEIRA effect was obtained by using a multi-channel MCT detector having a 64 × 64 channel FPA (Focal Plane Array). . FIG. 5 (5B) shows a conceptual diagram of a multi-channel MCT detector. A spectrum is stored in each of 64 × 64 FPAs.

図7に、(38,38)チャンネルにより得られた作用電極の微小領域(40μm×40μm)のスペクトルを示す。2050cm−1にCOの大きなピークが観察された。これより、Pt電極表面にCOが吸着していることがわかる。
また、図8に、COの2050cm−1バンド強度の2次元分布を示す。各FPAにて検出されたスペクトルのバンド強度をプロットすることにより図8の2次元分布が得られた。図8において、色の濃度が濃い部分は、COの被覆率が高い部分である。COは白金表面にしか吸着しないので、3.5mm×3.5mmの作用電極と白金リード線に対応したイメージが得られた。尚、像が正方形でないのは、赤外光を左から右へ斜めに入射させたからであり、デジタル的に補正が可能である。
FIG. 7 shows a spectrum of a minute region (40 μm × 40 μm) of the working electrode obtained by the (38, 38) channel. A large peak of CO was observed at 2050 cm −1 . This shows that CO is adsorbed on the surface of the Pt electrode.
FIG. 8 shows a two-dimensional distribution of CO 2050 cm −1 band intensity. The two-dimensional distribution of FIG. 8 was obtained by plotting the band intensity of the spectrum detected by each FPA. In FIG. 8, the portion where the color density is high is the portion where the CO coverage is high. Since CO adsorbs only on the platinum surface, an image corresponding to a 3.5 mm × 3.5 mm working electrode and a platinum lead wire was obtained. The reason why the image is not square is that infrared light is incident obliquely from left to right, and digital correction is possible.

以上の結果より、作用電極(3.5mm×3.5mm)表面のある特定の微小領域(40μm×40μm)に存在する化学種のスペクトル測定が可能であること、また、1つのプリズム表面に設けられた作用電極表面近傍に存在する化学種の2次元分布を得ることが可能であることがわかる。これにより、本発明のように、1つのプリズムに対して複数の作用電極を設け、これら作用電極に赤外光を照射、反射光を検出し、各作用電極の表面近傍に存在する化学種を同時に観察することが可能であることが示された。   Based on the above results, it is possible to measure the spectrum of chemical species present in a specific minute region (40 μm × 40 μm) on the surface of the working electrode (3.5 mm × 3.5 mm), and to provide a single prism surface. It can be seen that it is possible to obtain a two-dimensional distribution of chemical species present near the surface of the working electrode. Thus, as in the present invention, a plurality of working electrodes are provided for one prism, the working electrodes are irradiated with infrared light, reflected light is detected, and chemical species present near the surface of each working electrode are detected. It was shown that it is possible to observe at the same time.

本発明の電気化学赤外分光装置に備えられる電気化学赤外分光セルの一形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one form of the electrochemical infrared spectroscopy cell with which the electrochemical infrared spectroscopy apparatus of this invention is equipped. 本発明の電気化学赤外分光装置に備えられる電気化学赤外分光セルの一形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one form of the electrochemical infrared spectroscopy cell with which the electrochemical infrared spectroscopy apparatus of this invention is equipped. ポテンショスタットの接続形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the connection form of a potentiostat. 本発明の電気化学赤外分光装置の一形態例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of 1 form of the electrochemical infrared spectroscopy apparatus of this invention. 本発明の参考実験例において用いた電気化学赤外分光セルを備えるイメージ測定用外部光学系を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the external optical system for image measurement provided with the electrochemical infrared spectroscopy cell used in the reference experiment example of this invention. 本発明の参考実験例におけるプリズム上に設けられた作用電極を上面(プリズムと反対側)から見た図(6A)と写真(6B)である。It is the figure (6A) and the photograph (6B) which looked at the working electrode provided on the prism in the reference experiment example of this invention from the upper surface (opposite side to a prism). 本発明の参考実験例における作用電極上の微小領域のスペクトルである。It is a spectrum of the micro area | region on the working electrode in the reference experiment example of this invention. 本発明の参考実験例における作用電極表面に吸着したCOの2050cm−1のバンド強度の2次元分布を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional distribution of the band intensity of 2050cm < -1 > of CO adsorb | sucked to the surface of the working electrode in the reference experiment example of this invention. 従来の電気化学赤外分光(IRAS)法に用いられる電気化学赤外分光セルの一形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one form of the electrochemical infrared spectroscopy cell used for the conventional electrochemical infrared spectroscopy (IRAS) method. 従来のATR−SEIRAS法に用いられる電気化学赤外分光セルの一形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one form of the electrochemical infrared spectroscopy cell used for the conventional ATR-SEIRAS method.

符号の説明Explanation of symbols

1…全反射測定用プリズム
2…作用電極(金属薄膜)
3…電解液
4…対極
5…参照電極
6…容器
7…容器
8…導管
1 ... Total reflection measuring prism 2 ... Working electrode (metal thin film)
3 ... Electrolyte 4 ... Counter electrode 5 ... Reference electrode 6 ... Vessel 7 ... Vessel 8 ... Conduit

Claims (8)

全反射測定用プリズムと、該プリズムの底面に密着した金属薄膜からなり、且つ、該プリズム底面と密着した面とは反対側の面に電解液が供給される作用電極と、前記作用電極と対をなす対極と、前記作用電極の電位規定用の参照電極と、赤外光を前記プリズムの内部から該プリズムと前記作用電極との界面に集光し、該界面で全反射する赤外光を検出器へと導いて強度を検出する光学系と、を備える電気化学表面増強赤外吸収分光装置であって、
前記プリズム1つに対して、前記作用電極が複数備えられていることを特徴とする、電気化学赤外分光装置。
A total reflection measuring prism, a working electrode made of a metal thin film in close contact with the bottom surface of the prism, and an electrolyte supplied to a surface opposite to the surface in close contact with the bottom surface of the prism; A counter electrode that defines the potential of the working electrode, a reference electrode for regulating the potential of the working electrode, and infrared light that is condensed from the inside of the prism to the interface between the prism and the working electrode, and the infrared light that is totally reflected at the interface. An electrochemical surface-enhanced infrared absorption spectroscopic device comprising: an optical system that detects the intensity by leading to a detector;
An electrochemical infrared spectroscopic apparatus comprising a plurality of the working electrodes for one prism.
前記複数の作用電極のうち、少なくとも1つは、他の少なくとも1つの作用電極と金属組成が異なる金属薄膜からなる、請求項1に記載の電気化学赤外分光装置。   2. The electrochemical infrared spectrometer according to claim 1, wherein at least one of the plurality of working electrodes is made of a metal thin film having a metal composition different from that of at least one other working electrode. 前記複数の作用電極は、各々独立して電極電位を制御できる、請求項1又は2に記載の電気化学赤外分光装置。   The electrochemical infrared spectrometer according to claim 1 or 2, wherein the plurality of working electrodes can independently control an electrode potential. 前記複数の作用電極は、各々独立して当該作用電極に流れる電流を検出できる、請求項1乃至3のいずれかに記載の電気化学赤外分光装置。   The electrochemical infrared spectrometer according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the plurality of working electrodes can independently detect a current flowing through the working electrode. 前記複数の作用電極は、全作用電極に同時に赤外光が照射される、請求項1乃至4のいずれかに記載の電気化学赤外分光装置。   5. The electrochemical infrared spectrometer according to claim 1, wherein the plurality of working electrodes are irradiated with infrared light simultaneously on all the working electrodes. 前記複数の作用電極は、赤外顕微鏡により赤外光が照射される、請求項1乃至5のいずれかに記載の電気化学赤外分光装置。   The electrochemical infrared spectrometer according to claim 1, wherein the plurality of working electrodes are irradiated with infrared light from an infrared microscope. 前記複数の作用電極から出射される反射光を同時に検出することが可能な多重チャンネル検出器を備える、請求項1乃至6のいずれかに記載の電気化学赤外分光装置。   The electrochemical infrared spectrometer according to any one of claims 1 to 6, further comprising a multichannel detector capable of simultaneously detecting reflected light emitted from the plurality of working electrodes. 前記電解液が、前記複数の作用電極と前記対極とを内壁の一部として有する空間内を流通している、請求項1乃至7のいずれかに記載の電気化学赤外分光装置。
The electrochemical infrared spectroscopic apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrolytic solution circulates in a space having the plurality of working electrodes and the counter electrode as part of an inner wall.
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