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科目名 固体表面化学特論 
科目名(英字) Advanced Surface Chemistry of Solid Interface 
担当者氏名

才田 隆広

対象研究科・専攻 理工学研究科応用化学専攻修士課程 
講義学期 後期 
単位数



準備学習・事後学習
事前学習:講義前に量子化学の復習を必ず行うこと。(2時間程度)
事後学習:講義で理解できなかった部分は,理解できるまで調査すること。(2時間程度)
レポート等については,講義内で解説・講評を行う。 
授業の概要と目的
バンド構造の成り立ちから固体化学を復習し,その後に吸着相互作用について説明し,固体-気体界面および固体―液体界面にて生じる吸着現象と表面電位の関係について理解を深める。また,触媒反応と指数面の関係を金属および酸化物上でのアルコールの酸化を例に説明し,表面状態と触媒活性について理解を深める。 
該当するCP(カリキュラム・ポリシー)およびDP(ディプロマ・ポリシー)
本授業はCP1およびDP1.2に該当する。 
科目ナンバリングコード
GTO11307 
到達目標
固体表面上での分子の吸着現象,電気二重層の形成,触媒反応の進行などについて最表面原子の電子状態や構造の観点から説明する。また,バルク内部の原子が最表面に存在する原子に与える影響や単原子層などの低次元材料における電子状態および物性についても概説する。これにより,固体表面における一連の現象を理解することを目標とする。 
授業内容
番号 【項目欄】 【内容欄】
1. 軌道とバンド構造  原子軌道からバンド構造への成り立ちから説明し,Brilliouinゾーン・Fermi準位について概説する。



到達目標:バンド構造,Brilliouinゾーン・Fermi準位の概念について説明できる。 
2. 固体表面の状態密度  第1回に説明したBrilliouinゾーンの次元を拡張し,二次元としての固体表面の状態密度について概説する。



到達目標:固体表面の状態密度について説明できる。 
3. 固体表面への単分子吸着  金属単結晶表面への単分子ガス吸着の状態密度について概説する。



到達目標:単分子層でガス吸着した場合の金属表面の状態密度を説明できる。 
4. 固体表面での軌道相互作用  単位胞レベルの固体における状態密度を例に用い,固体におけるバンド構造・Brilliouinゾーン・Fermi準位を説明し,フロンティア軌道法により固体表面上での軌道相互作用について概説する。



到達目標:三次元固体におけるバンド構造・Brilliouinゾーン・Fermi準位を説明できる。 
5. 化学吸着  固体表面での単分子ガス吸着を例に出し第4回の内容を復習し,固体表面における化学吸着について概説する。



到達目標:固体表面における化学吸着の概念を説明できる。 
6. 折り畳まれたバンド  三次元構造中におけるフロンティア軌道について説明し,単位格子中に電子的単位を2個以上含む場合における折り畳まれたバンド構造について概説する。



到達目標:フロンティア軌道について説明できる。 
7. 表面における軌道相互作用およびFermi準位  Perierlsひずみから三次元固体のバンド構造について説明し,表面における軌道相互作用の定性的な扱いおよびFermi準位ついて概説する。



到達目標:固体表面における軌道相互作用およびFermi準位の概念が説明できる。 
8. エネルギーと化学平衡および標準電極電位  固液界面における熱力学的エネルギーについて説明し,電気二重層や電極表面上における化学平衡および標準電極電位について概説する。



到達目標:固液界面にて生じる電気二重層や標準電極電位について説明できる。 
9. 固液界面における電極反応  固液界面での化学反応に対するエネルギーおよび電子の観点から説明を行い,電極上での速度論の導入を行う。



到達目標:電極表面上での速度論の概念を説明できる。 
10. 固液界面における活性化エネルギー  電極表面上での化学反応における活性化エネルギーについて例を挙げながら説明を行う。



到達目標:固液界面での触媒反応について活性化エネルギーの観点から説明できる。 
11. 分子・イオンの拡散  第10回の講義内容を復習したうえで,電極表面上で生じる化学反応における分子・イオンの拡散についてサイクリックボルタンメトリー利用した解析手法から概説する。



到達目標:サイクリックボルタモグラムから電極表面上にて生じている化学反応を類推できる。 
12. 表面反応  理論系から発展させ,実際の系を想定した表面電気化学反応について例を挙げながら概説する。



到達目標:副反応物や物質拡散が存在する系におけるサイクリックボルタモグラムから触媒反応を類推できる。 
13. 結晶面と反応活性  電極触媒反応では,電極の結晶面により反応活性が異なることを説明し,具体例を挙げなら反応活性と結晶面との関連性について概説する。



到達目標:結晶面による反応活性の違いについて説明できる。 
14. 電子状態と反応活性  化学反応が起こる表面が単一元素ではなく,合金化もしくはデコレートされている場合の反応活性について具体例を挙げながら概説する。



到達目標:第二元素が触媒の主成分に与える影響を説明できる。 
15. まとめ  講義で取り扱った内容を復習し,固体-気体界面および固体-液体界面における一連の理論の相関関係について概説する。



到達目標:固体-気体界面および固体-液体界面における表面状態を説明できる。 
授業方法の形式
講義(対面授業) 
授業の実施方法
成績評価方法
定期試験は実施せず,レポート課題(100%)で評価する。 
成績評価基準
C(合格)となるためには、到達目標を最低限達成することが必要である。 
その他(履修条件・関連科目など)
テキスト
番号 【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 適宜プリント配布     
参考資料文献等
番号 【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 固体と表面の理論化学  Roald Hoffmann  丸善 
2. 電子移動の化学 ―電気化学入門―  渡辺正,中林誠一郎  朝倉書店 
参考URL
画像
ファイル
更新日付 2024/01/26 13:11


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