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八木　一三 (ヤギ　イチゾウ)

地球環境科学研究院　物質機能科学部門　分子材料化学分野教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（理学）, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 40292776
ORCID IDJ-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 人工生体膜反応場
  • 金属酵素修飾電極
  • 電極触媒
  • エネルギー変換材料
  • レーザー分光
  • 電気化学
  • 物理化学
  • Photoelectrochemistry
  • Interfacial Physical Chemistry
研究分野
  • 環境・農学, 化学物質影響, 硝酸還元反応
  • 自然科学一般, 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理, 金属酵素の分光電気化学
  • ナノテク・材料, 機能物性化学
  • ナノテク・材料, エネルギー化学
  • ナノテク・材料, ナノ材料科学
  • ナノテク・材料, 基礎物理化学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2013年04月 - 現在
    北海道大学, 大学院地球環境科学研究院, 教授
  • 2017年04月 - 2022年03月
    理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 客員研究員
  • 2013年04月 - 2015年03月
    技術研究組合ＦＣ−Ｃｕｂｉｃ, 触媒研究グループ, グループ長（兼任）
  • 2010年05月 - 2013年03月
    技術研究組合ＦＣ−Ｃｕｂｉｃ, 触媒研究グループ, 研究グループ長
  • 2008年04月 - 2013年03月
    理化学研究所, 播磨研究所, 客員研究員（兼任）
  • 2010年04月 - 2010年04月
    産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 招聘研究員
  • 2005年07月 - 2010年03月
    産業技術総合研究所, 固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター, 研究チーム長
  • 2004年10月 - 2008年03月
    科学技術振興機構, ｢構造機能と計測分析｣領域, さきがけ研究員（兼任）
  • 2005年05月 - 2005年06月
    北海道大学, 大学院理学研究科, 助教授
  • 2005年04月 - 2005年06月
    産業技術総合研究所, 固体高分子形燃料電池先端基盤研究センター, 招聘研究員（兼任）
  • 1999年08月 - 2005年04月
    北海道大学, 大学院理学研究科, 講師
  • 2002年10月 - 2003年03月
    NIST, レーザー応用グループ, 客員研究員（兼任）
  • 1997年08月 - 1999年07月
    東京大学, 大学院工学系研究科, 助手
  • 1997年04月 - 1997年07月
    日本学術振興会, 特別研究員(PD)
  • 1994年04月 - 1997年03月
    日本学術振興会, 特別研究員(DC1)
学歴
  • 1992年04月 - 1997年03月, 北海道大学, 大学院理学研究科, 化学専攻, 日本国
  • 1989年10月 - 1992年03月, 北海道大学, 理学部, 化学科, 日本国
  • 1988年04月 - 1989年09月, 北海道大学, 教養部, 理II系
委員歴
  • 2025年03月 - 現在
    電気化学会, 編集理事, 学協会
  • 2020年02月 - 現在
    日本化学会, 速報誌編集委員会委員, 学協会
  • 2013年04月 - 現在
    電気化学会北海道支部, 幹事, 学協会
  • 2011年02月 - 現在
    電気化学会ナノ界面・表面研究懇談会, 常任委員, 学協会
  • 2009年10月 - 現在
    触媒学会燃料電池関連触媒研究会, 世話人, 学協会
  • 2019年03月 - 2024年03月
    日本化学会北海道支部, 幹事, 学協会
  • 2021年03月 - 2023年03月
    電気化学会, 理事, 学協会
  • 2019年01月 - 2021年01月
    電気化学会北海道支部, 支部長, 学協会
  • 2015年04月 - 2019年03月
    日本分光学会北海道支部, 支部長, 学協会
  • 2017年01月 - 2018年12月
    電気化学会北海道支部, 副支部長, 学協会
  • 2014年04月 - 2016年03月
    電気化学会北海道支部, 常任幹事, 学協会
  • 2012年02月 - 2014年01月
    電気化学会, 編集委員会委員, 学協会

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • PEFCの内部現象・反応機構と評価・解析技術
    犬飼 潤治; 米田 雅一; 唯 美津木; 石黒 志; 松井 公佑; 折笠 有基; 内本 喜晴; 上野 武夫; 矢口 紀恵; 清水 貴弘; 山田 裕久; 井上 元; 八木 一三; 徳増 崇; 棟方 稔久; 北原 辰巳; 杵淵 郁也; 宇高 義郎; 大徳 忠史; 是澤 亮; 西田 耕介; 村川 英樹; 杉本 勝美; 浅野 等; 竹中 信幸; 津島 将司; 平井 秀一郎; 墻内 孝祐; 原 正則; 東海林 篤; 近久 武美; 小川 邦康; 横内 康夫; 上野 明
    S&T出版株式会社, 2015年08月28日, 4907002475, 247, ［共著］
■ 講演・口頭発表等
■ 主な担当授業
  • 環境解析学総論, 2024年, 修士課程, 環境科学
  • ナノ環境材料化学特論Ⅲ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 再生可能エネルギー総論, 2024年, 修士課程, 環境科学
  • 化学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 所属学協会
  • 2018年 - 現在
    日本表面真空学会
  • 1998年 - 現在
    光化学協会
  • 1994年04月 - 現在
    電気化学会
  • 2018年
    日本表面科学会
  • 国際電気化学会
  • 触媒学会
  • 米国電気化学会
  • アメリカ化学会
  • 日本分光学会
  • 日本化学会
■ Works（作品等）
  • CO2電解還元電極の最適化と反応機構の研究
    2001年
  • 電気化学界面における水素の観察と定量
    2001年
  • Direct Observation of Adsorbed Hydrogen
    2001年
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 3Dナノコンポジットアレイ酸素還元電極触媒の開発と機械学習による最適化
    科学研究費助成事業
    2025年04月01日 - 2028年03月31日
    八木 一三
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 25K01612
  • PEMFCにおける酸素還元反応のための白金族金属合金ナノ構造の電極触媒作用
    科学研究費助成事業
    2020年04月24日 - 2022年03月31日
    八木 一三; TADGELL COLIN
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 20F19756
  • PEMFCにおける酸素還元反応のための白金族金属合金ナノ構造の電極触媒作用
    科学研究費助成事業
    2019年11月08日 - 2022年03月31日
    八木 一三; TADGELL COLIN
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 19F19756
  • 生体模倣電極触媒への展開を指向した金属酵素修飾電極におけるオペランド振動分光計測
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    八木 一三
    生体模倣電極触媒の構造設計のため、金属酵素を電極表面に構築した人工生体膜系に埋込み、その反応時の変化をオペランド表面増強赤外吸収(SEIRA)分光と組み合わせて追跡した。ターゲットとしては、脱窒系の一酸化窒素還元酵素(cNOR)と呼吸鎖において酸素分子を水に還元するチトクロムc酸化酵素(CcO)とし、各系で電気化学振動分光実験を実施した。
    cNORでは、電極上の自己組織化膜(SAM)の末端官能基の比率や鎖長を制御することで、配向をそろえて固定することに成功し、さらに安定な脂質二重膜(BLM)を形成することで、反応時の一酸化窒素分子を観測できた。CcOでは、チトクロムcの吸着の影響等評価できた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02664
  • 表面分光酵素電気化学による金属酵素-電極界面の理解
    科学研究費助成事業
    2016年04月 - 2019年03月
    加藤 優; 八木 一三; 當舎 武彦
    膜貫通型金属酵素の多くが高い触媒活性を示すことが知られているが，一般的に容易に失活することからそれらの電気化学活性評価および表面増強赤外吸収(SEIRA)分光計測の研究例は限られていた．本研究を通して，膜結合型金属酵素の一つである一酸化窒素還元酵素(NOR)を失活することなく電極表面に固定化する方法を確立することができ，更には，NOR電極の電位制御下でのSEIRA分光計測を実施することで，酵素反応機構に関する知見を得ることができた．本研究で用いた表面分光酵素電気化学は他の金属酵素へも適用可能であり，金属酵素の動作原理の解明や高活性な人工電極触媒開発における設計指針を与えてくれると期待している．
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 研究分担者, 16K20882
  • 電極触媒反応を追跡する表面増強テラヘルツラマン散乱分光装置の開発
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2015年04月01日 - 2017年03月31日
    八木 一三
    本研究ではテラヘルツラマン分光法と表面増強ラマン散乱（SERS）を組み合わせ、燃料電池カソードで起こる酸素還元反応（ORR）や蛋白質・酵素など生体高分子を電極に固定した状態で駆動される電極触媒反応などに応用することを目的としている。光源や超狭帯域ノッチフィルタなどを検討し、He-Neレーザー光源に市販のブラッググレートノッチフィルタ（BNF）を組み合わせた光学系を従来のラマン顕微鏡に組込み、テラヘルツラマン顕微鏡を構築した。電極反応において変化が予想されるナノ構造体のフォノン計測が可能かどうか見極めるため、金クラスタを計測した結果、明確なバンドを観測した。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 15K13612
  • 長距離伝搬型プラズモンを利用した電極触媒表面の高感度振動分光
    科学研究費補助金(基盤研究(C))
    2012年 - 2014年
    八木 一三
    電極触媒活性が高い白金やパラジウムなどの金属では、表面プラズモン活性が低く、表面増強ラマン散乱（SERS）分光法のようなその場振動分光法を適用することが困難であった。本研究では長距離伝搬型表面プラズモン（LRSP）やプラズモニック結晶内に誘起される”ささやきの回廊”モード結合プラズモン定在波を利用して、白金電極表面に吸着した分子の振動スペクトルを増強し、電極反応進行状態での計測を可能にした。このようにして得られた情報に基づき、より高性能な電極触媒を開発するための基盤技術を確立できた。
    文部科学省, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 24550002
  • 界面反応計測に最適なプラズモニック結晶型基板の開発と赤外領域への拡張
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2009年 - 2010年
    八木 一三
    電気化学環境下、特に腐食が起こりやすい酸性で貴電位印加状態、において安定な分光信号増強能を有する分光電気化学基板の製作を検討し,プラズモニック結晶基板のデザインとその評価を試みた。具体的には燃料電池電極触媒表面における反応の原子・分子レベルでの解析を目指している。当初、逆ピラミッドピット型プラズモニック結晶により、表面増強ラマン散乱(SERS)活性な基板を製作し、単分子層レベルの感度を有することを示すことができたが、白金を用いたSERS活性基板の構築には至っていない。そこで、表面プラズモンポラリトン(SPP)の伝搬長が白金では非常に短いことを考慮し、金表面のSPPを白金に集約し、白金表面での増強を実現することを検討した。そのためにポリスチレン(PS)球を鋳型とする球状セグメントボイド(SSV)型のプラズモニック結晶を製作することにした。ラピッドコンベクションデポジション法により、金平面基板表面に直径600nmのPS球単粒子層を構築し、その隙間を金メッキにより埋めることで種々の深さを有するAu-SSV基板を製作した。引き続きPS球を保持したまま、Pt電析を行うことでAuボイドの上部にPtリムを構築した。Ptリムの有無やプローブ分子の導入法を変えながらラマン信号計測を行うことで、Auボイド内のSPPをPtリムに集約できることを明らかにした。一方、プラズモニック結晶構造の裏面から赤...
    文部科学省, 特定領域研究, 独立行政法人産業技術総合研究所, 研究代表者, 競争的資金, 21020040
  • 電気化学界面計測に利用可能なプラズモニック結晶型基板の開発
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2008年 - 2008年
    八木 一三
    本研究では、数十年に亘って未解明なままである燃料電池電極表面で起こる反応機構を明らかにするため、表面に生じる反応中間体の濃度を高速で追跡することが可能な分光計測ツールを開発することを目的としている。そのため、高感度・高速で、かつ表面構造が規定された反応場で利用できる必要がある。今年度は、分子検出に用いる分光信号を増強するために、試料電極表面にマイクロメートルスケールの凹みを形成することで高感度化が可能であることを実証した。
    文部科学省, 特定領域研究, 独立行政法人産業技術総合研究所, 研究代表者, 競争的資金, 20043038
  • 界面のキラリティを捉える非線形顕微分光の開発
    2004年 - 2007年
    八木 一三
    生体分子が不斉(キラル)であることは良く知られています。最近、極微量の分子が界面に自己組織的に集合して形成されるキラル界面とそれに基づく分子認識能が重視されつつあります。しかし、キラル界面を評価できる汎用ツールは存在しません。現在最も高感度なキラル分光法は、和周波発生(SFG)法でありキラル液体の評価が実現されています。本研究ではSFG分光計を基に、キラル界面を評価するための高感度化を図ると同時に、局所的なキラリティをも検出可能な顕微分光化を目指します。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/さきがけ, 07051326
  • 時間分解可視ポンプ-赤外プローブ分光法による固/液界面電子移動ダイナミクス
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2005年 - 2006年
    八木 一三; 野口 秀典
    本年度は主として、均一系であるRu三核錯体およびプルシアンブルーナノ粒子の光励起振動ダイナミクスの計測と光励起時間分解和周波発生分光系の構築に注力した。Ru三核錯体の光励起振動ダイナミクス計測については、これまでよりもより高い時間分解測定を行ったところ、従来観測されていた配位COのホットバンド(本来の吸収バンドと比較して若干低波数側に観測されていた)は、最初から低波数側に現れるのではなく、まずバンドの広がりが認められ、数百フェムト秒以内に波数シフトを示していることがわかった。これは、以前報告されている、Ru単結晶表面に吸着したCO分子の光パルス照射後のフォノン変換現象と酷似しており、おそらく三核といえどもRu30格子内でフォノンの生成が起こっているためと考えられる。また、プルシアンブルー(PB)ナノ粒子については、PBの電荷移動バンドを励起した際に、生成する緩和した双安定状態と目される、近赤外領域の吸収と、中赤外領域の吸収バンドが明確に観測された。この吸収バンドの時間分解応答は、以前報告されている、水溶性のPBコロイドと比較して遙かに長寿命であり、ナノサイズ化の影響が明確に観測されたと考えられる。一方、時間分解光励起和周波発生(SFG)分光システムの構築については、現在、ようやく可視-赤外SFG測定が可能になった段階であり、新たにポンプ光のラインを増設することができたが、ポン...
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学->独立行政法人産業技術総合研究所, 研究代表者, 競争的資金, 17029002
  • 金属ナノ粒子積層電極の電気化学的修飾とその(光)電極触媒活性
    科学研究費補助金(若手研究(B))
    2005年 - 2006年
    八木 一三
    本年度は、種々のポリマーを鋳型とする白金または金ナノ粒子を電極表面に固定するための最適な組み合わせを明らかにすることに注力した。具体的には、ポリアクリル酸(PAA)のようなポリアニオンを鋳型として調製した白金ナノ粒子、ポリエチレンイミン(PEI)のようなポリカチオンを鋳型として調製した白金ナノ粒子、ならびにポリビニルピロリドン(PVP)に代表される中性のポリマーを鋳型とする白金ナノ粒子および金ナノ粒子を、対応するポリマーとの交互積層を行った。白金ナノ粒子を交互積層した場合には、電気化学測定により、積層数に対する水素吸脱着波の変化から、担持できた白金量を見積もるとともに、酸素還元活性を評価した。一方、金ナノ粒子の場合には、透明基板を用いて、吸光度変化から積層量を評価した。いずれの場合も、10層目あたりから、積層回数と実際の積層量との相関が線形からずれ、表面が次第にラフネスを増大させていくことがわかった。ただし、その度合いには対ポリマーの分子量や構造、親・疎水性にかなり影響を受けることもわかった。また、基板の種類に応じて、前処理を行うことが、安定した積層を行う上で、有用であることもわかってきた。以上の結果については、より系統的な研究の必要性がある。一方、さらに実際の電極触媒研究と関連づけるために、白金ナノ粒子を担持した触媒粒子の表面をポリマーで処理し、その表面電荷を利用して、サブ...
    文部科学省, 若手研究(B), 北海道大学->独立行政法人産業技術総合研究所, 研究代表者, 競争的資金, 17750115
  • フェムト秒可視ポンプ-赤外プローブ分光法による固/液界面電子移動ダイナミクス
    科学研究費補助金(特定領域研究)
    2002年 - 2002年
    八木 一三; 魚崎 浩平
    本研究では、波長可変(紫外・可視:300〜790nm、赤外:2.4〜11μm)超短パルス(〜100fs)レーザーと電気化学測定を組み合わせた超高速分光システムを用い、Si、TiO_2、GaAsなどの半導体電極の光電子移動ダイナミクスを追跡した。本年度の研究成果は以下の通りである。1.可視光ポンプ-中赤外(吸収)プローブ画定によるCdS_XSe_<1-X>超微粒子ドープガラスにおける光生成キャリヤーダイナミクス:本年度は4種類のCdS_XSe_<1-X>超微粒子ドープガラスについてキャリヤーダイナミクス測定を行った。サブピコ秒で減衰する速い成分とそれに続くピコ秒で減衰する遅い成分が観測されている。これまでの研究によって各成分は帰属されており、速い成分は正孔トラッピング、遅い成分は電子トラッピングに対応する。これらの結果から、ガラスマトリクス中における超微粒子の光励起キャリヤーダイナミクスが観測可能であることが示された。2.表面和周波発生法を用いたTiO_2表面における吸着分子の振動分光:表面反応の詳細を理解するためには実際に反応が起こる条件で対象を観察することが重要であり、真空を必要としないSFG分光測定はこの目的に最適な手法である。本研究では二酸化チタン上におけるアルコール分子の吸着構造の評価を行った。試料にはTiO_2微粒子の希釈水溶液をスピンコートして作製した膜とゾル-ゲ...
    文部科学省, 特定領域研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 14050002
  • プロチウム導入による機能性ダイヤモンド電極の電気化学特性制御
    科学研究費補助金(特定領域研究(A))
    2000年 - 2000年
    八木 一三; 武田 定; 魚崎 浩平
    硼素をドープした導電性ダイヤモンド電極は、きわめて広い電位窓と微小な残余電流を有し、しかも酸化還元種に対する応答が良いという特異的に優れた電極材である。ダイヤモンド表面の終端水素や表面近傍に存在する原子状水素の存在が表面の伝導性や電子放出能に大きく影響することが示唆されているが、ダイヤモンド内に局在する水素原子がどのような電子状態を形成しているか、あるいはどのような機構でダイヤモンド表面特性を変えるのか、という点については、完全な理解には至っていない。本研究では、ダイヤモンド薄膜表面及び表面近傍層における原子状水素の濃度を直接決定すると同時に、薄膜の電気化学特性・光電気化学特性との相関を細部まで調べ、水素が及ぼす影響を定量的に評価した。ダイヤモンド電極表面の原子状水素濃度を測定する手法としては、電子線励起脱離(ESD)と飛行時間型質量分析装置(TOF-MASS)を利用した走査型水素顕微鏡により表面層に局在する水素原子を検出・画像化した。測定はプラズマアシストCVD成長後のAs-Grown試料、アノード酸化処理を行った試料、および重水素化した硫酸の重水溶液中で重水素発生を行った試料について行った。各試料のESD-TOF-Massスペクトルから、As-Grown表面と比較すると、電解処理表面(重水素発生・アノード酸化処理の双方)で明らかに酸素の存在量の増大ならびに酸素の状態の変化...
    文部科学省, 特定領域研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 12022202
  • 導電性ダイヤモンド薄膜における電気化学的選択性の発現と光電気化学ダイナミクス
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1999年 - 2000年
    八木 一三
    本研究では、ボロンドープダイヤモンド電極の陽極酸化などによるドーパミン/アスコルビン酸系への電気化学的選択性発現機構等を電気化学的・光電気化学的なアプローチにより明らかにすることを目的としている。ダイヤモンド電極における電気化学的選択性の発現においては、表面水素終端を置き換えて生成される酸素終端が非常に重要な役割を担っていることが、XPS、電気化学測定などにより明らかになった。特に、酸素終端化処理法により、その影響が異なってくることもわかってきた。酸素プラズマ処理は、その中でも最も表面への影響が大きく、陽極酸化処理よりも顕著な電気化学的選択性、すなわち特定の酸化還元種に対する電子移動速度の低下が観測された。さらに表面カルボニル基と選択的に反応するDNPH分子により修飾を行ったところ、電子移動速度が劇的に変化したことから、カルボニル基の存在が大きく効いていることがわかった。また、光電気化学ダイナミクスの測定においても、酸素プラズマ処理により、光電流の減衰が早くなり、長波長域でも光電流が観測されることがわかった。この事実は、酸素プラズマ処理によりダイヤモンド表面が酸素終端化されるのみならず、欠陥の生成や、準表面領域における水素放出が引き起こされていることを示唆している。したがって表面および表面近傍に存在する水素の影響を定量的に評価する必要がある。
    文部科学省, 奨励研究(A), 東京大学->北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 11740383
  • 光照射されたダイヤモンド電極による炭酸ガスの還元
    科学研究費補助金(基盤研究(B))
    1998年 - 2000年
    藤嶋 昭; 八木 一三
    近年の社会情勢において地球温暖化などの環境間題は深刻であり、排気される炭酸ガスなどの再利用の必要性は緊急に解決するべき間題である。我々は炭酸ガスを電気化学的手法で還元・再資源化し、資源的に有用性の高いエチレンやアルコールを得るシステムの開発、およぴその応用範囲の拡大を最終日的として、特にダイヤモンド電極を利用した光電気化学法に着目し、研究を遂行してきた。ダイヤモンドはこれまでに、高硬度性を利用した切削工具、また高熱伝導性を利用したヒートシンクとして応用がなされてきた。そして現在、半導体性と高熱伝導性を利用した次世代の電子デバイスとしての研究がなされている。これに対して、半導体性と化学的安定性を利用した電極への応用に関した本研究は、きわめて独創的である。化学的安定性のおかげで、どんな過酷な条件下でも電極自身の劣化を考慮する必要性がない。さらに数日問の連続運転を行っても極めて安定であった。よって環境間題に対しての負荷が少なく、メンテナンスの必要の少ない系が構築できた。研究の成果を列挙すると以下のようになる。1)マイクロ波プラズマCVD装置によるフリースタンディングp型半導体ダイヤモンド薄膜の作製とその物性評価2)フリースタンディングダイヤモンド薄膜のXe-Hgランプ照射下における光電気化学的特性の評価、および、シリコン基板付きのダイヤモンド薄膜電極の光電気化学的特性との比較検討3...
    文部科学省, 基盤研究(B), 東京大学, 連携研究者, 競争的資金, 10480142
  • ダイヤモンド単結晶電極の創製とその光電気化学ダイナミクス
    科学研究費補助金(特定領域研究(A))
    1999年 - 1999年
    八木 一三
    本研究においては、導電性単結晶薄膜の成長を試み、単結晶を用いてダイヤモンド電極が本来共有する電気化学及び光電気化学特性の評価を目的としている。ここでは、人工合成ダイヤモンド単結晶基板上に導電性ダイヤモンド薄膜を作製するホモエピタキシャル成長の結果について報告する。ダイヤモンド薄膜の成長はマイクロ波プラズマCVD法により行った。基板にオフ角度をつけることにより基板上のステップ幅が基板表面に入射した炭素前駆体の拡散長より短くなり、ステップフロー成長が起こりやすくなった。結果として成長膜は平坦な単結晶(100)面であることがわかった。得られた薄膜は結晶粒界、sp^2炭素が少なく、(100)面が揃っているので、従来の多結晶薄膜に比べてより詳細にダイヤモンド電極の電気化学特性が評価できる。硝酸溶液中におけるサイクリックボルタモグラムでは、水素発生・酵素発生電流の立ち上がりがそれぞれカソード・アノード方向にシフトした。単結晶表面の抵抗率が多結晶のそれよりも高いことから、ボロンドープ量が低く、irドロップのために水素・酵素過電圧が大きいものと考えた。実際、ボロン導入が起こりやすい(111)電極では電位窓が多結晶電極とほぼ同程度のCVが報告されている。しかしながら、電解質溶液中にヘキサシアノ鉄錯体やヘキサアンミンルテニウム錯体などの一電子酸化還元種を導入した場合、多結晶電極と殆ど変わらない準...
    文部科学省, 特定領域研究(A), 東京大学->北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 11118220
  • グラファイト様B/C/N半導体電極の光電気化学
    科学研究費補助金(特定領域研究(A))
    1999年 - 1999年
    八木 一三; 藤嶋 昭
    B/C/N化合物の作製には、プラズマ化学気相成長(PCVD)装置を使用した。合成温度を比較的抑えることで、グラッシーカーボン様構造を得ることができると予想された。B/C/N化合物を合成する基板としては、Si基板を主として用いた。作製したBCN化合物の評価は、構造評価ならびに組成分析を併用した。作製時に各各の元素の組成比を変え、作製した薄膜の組成比と比較し、次回の反応条件にフィードバックした。導電性評価は、4探針プローブを用いて測定し、電気化学特性は、主として電位窓の大きさ、酸化還元種に対するレスポンスをサイクリックボルタンメトリー法により評価した。成膜条件を最適化するために、多くのパラメータを変えて成膜を行ったが、ステージ高さと溶媒タンクバブリング用のガス流量・組成が最も影響が高かった。液相ボロン濃度20000ppmで作製した膜ではアモルファスsp^3が増大しており、ボロン導入量が増大した。得られたB,N-ドープダイヤモンド電極のNa_2SO_4電解質溶液中で得られたサイクリックボルタモグラム(CV)では、どちらも4Vに達する非常に広い電位窓を示した。ボロンのみをドープしたダイヤモンド電極については、これまでに報告されている最大の値でも3.5V程度であり、ダイヤモンド結晶のクオリティが低いほどその電位窓が狭くなるという認識が一般化している。この事実を加味すれば、B,N-同時ド...
    文部科学省, 特定領域研究(A), 東京大学->北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 11124211
  • 異種基板上へのダイヤモンド単結晶電極の創製とその光電気化学特性評価
    科学研究費補助金(特定領域研究(A))
    1998年 - 1998年
    八木 一三
    近年ダイヤモンドは、その化学的安定性やホウ素のドーピングによる導電性から電気化学においてHOPGやグラッシーカーボンなどのsp^2炭素材料に次ぐ新規の炭素電極材料として注目され始めてきた。これまでの研究では多結晶薄膜が用いられ、sp^2炭素、結晶粒界等の存在、面が揃っていない、等の多結晶膜の特徴がどのように電気化学特性に影響しているのか明らかにされてこなかった。ダイヤモンド電極の真の電気化学特性を明らかにするためには、白金などの貴金属電極の場合と同様、単結晶電極を用い、原子レベルで制御された表面を用いる必要がある。そこで、本研究においては、導電性単結晶薄膜の成長を試み、単結晶を用いてダイヤモンド電極が本来有する電気化学及び光電気化学特性の評価を目的としている。ダイヤモンド薄膜の成長はマイクロ波プラズマCVD法により行った。基板として人工合成単結晶ダイヤモンドの(100)面を用い、成長前に表面を(100)面に対して[110]方向に約4度傾けて再研磨したものを用いた。ヘテロエピタキシャル成長の場合は、火炎溶融法で作製したPt(111)単結晶を基板とした。ダイヤモンド基板上への成長膜は平坦な単結晶(100)面であることがわかった。基板にオフ角度をつけることにより基板上のステップ幅が基板表面に入射した炭素前駆体の拡散長より短くなり、ステップフロー成長が起こりやすくなったと考えられる。...
    文部科学省, 特定領域研究(A), 東京大学, 研究代表者, 競争的資金, 10131217
  • 固液界面における超高速ダイナミクスの追跡
    競争的資金
  • 非線形分光法による電極表面反応の追跡
    競争的資金
  • ダイヤモンド電極の電気化学特性
    競争的資金
  • Ultrafast dynamics at solid/liquid interfaces
    競争的資金
  • Monitoring of the Electrochemical Reactions by Nonlinear Optics.
    競争的資金
  • Electrochemical Properties of Diamond Electrode
    競争的資金
■ 産業財産権
  • 電極触媒及びその製造方法並びに燃料電池
    特許権, 八木一三; 加藤優; 加藤優太, 三井金属鉱業株式会社
    特願2023-058701, 2023年03月31日
    特開2024-14606, 2024年10月15日
  • 自立メソポーラスカーボン薄膜。
    特許権, 君島 堅一; 八木 一三; 林 灯, 独立行政法人産業技術総合研究所
    特願2008-067013, 2008年03月17日
    特開2009-221050, 2009年10月01日
    特許第5046122号
    201303051518701900
  • 自立メソポーラスカーボン薄膜。
    特許権, 君島 堅一; 八木 一三; 林 灯, 独立行政法人産業技術総合研究所
    特願2008-067013, 2008年03月17日
    特開2009-221050, 2009年10月01日
    200903055939166623
  • 燃料電池用電極触媒およびこれを用いた燃料電池
    特許権, 林 灯; 八木 一三; 君島 堅一, 独立行政法人産業技術総合研究所
    JP2008051406, 2008年01月30日
    WO2008-093731, 2008年08月07日
    201003079717811943
  • 非線形光学材料およびその製造方法
    特許権, 小島 秀子; 八木 一三; 魚崎 浩平, 科学技術振興事業団
    特願2002-103075, 2002年04月04日
    特開2003-295240, 2003年10月15日
    200903046611772578