先端物理化学特論Ａ

Advanced Physical Chemistry A

997B102

72CHPHC601

近藤　剛史

Takeshi Kondo

2024年度後期

2024 Second Semester

水曜1限

Wednesday, 1st Period

創域理工学研究科　先端化学専攻

Department of Pure and Applied Chemistry, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

電気化学プロセスは、分析・環境浄化・エネルギー変換・エネルギー貯蔵・物質合成など、幅広く工業的に応用されている。機能性電極は、効果的な電気化学プロセスを実現するために重要である。本授業では、ナノカーボンやダイヤモンドをはじめとする電極材料およびその機能化とその評価法・分析法とこれらを用いた電気化学プロセスについて学習する。本専攻のディプロマ・ポリシーに定める「各専門分野に応じた高度な専門知識」を身につけるための科目です。

Electrochemical processes such as analysis, environmental cleaning, energy conversion, energy storage, and material synthesis are being widely applied in industry. Functional electrodes are important in achieving effective electrochemical processes. In this lecture, students study electrode materials such as nanocarbons and diamond, their functionalization, evaluation methods, analytical methods, and electrochemical processes using these materials. The objectives of the course are to acquire the high-level expert knowledge in each specialized field within the Department of Pure and Applied Chemistry, stipulated by the diploma policy of the Department.

さまざまな機能性電極材料の特徴やその評価法について学ぶとともに、各種電気化学プロセスにおける電極材料の重要性について理解できるようになる。
　本専攻のカリキュラム・ポリシーにおける「エネルギー、情報、環境、生体をも包括する先端材料の研究・開発を推進」できるようになるための科目である。

Students will learn about the characteristics of a variety of functional electrode materials and methods for their evaluation. They will also understand the importance of electrode materials in various electrochemical processes. This course is designed to enable students to be able to “proceed with research and development of cutting-edge materials that span the fields of energy, information, environment, and biology,” a curriculum requisite for this study concentration.

１．各種機能性電極材料の特徴について理解できる。
２．各種機能性電極材料の評価法について理解できる。
３．各種電気化学プロセスにおける電極材料の役割やその研究動向について理解できる。

１．To understand the characteristics of various functional electrode materials.
２．To understand the methods of evaluating various functional electrode materials.
３．To understand the role of electrode materials in various electrochemical processes and the research trends of the field.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

特になし
Nothing special

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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各回の授業前に２時間程度、学習する内容について参考書等の文献を読んでおくこと。
各回の講義内容を２時間程度復習し、概略を説明できるようにすること。具体的な事項については、授業の中で指示する。

Students must read reference documents on the material for about two hours before each class session. The material from each lecture must be reviewed for about two hours, from which students must be able to produce an overview explanation. Preparatory schoolwork and review will be designated during class.

演習課題（90%）および平常点（授業への積極的な取り組み姿勢）（10%）。
【フィードバックの方法】
演習課題については授業内で解説する。

Assignments (90%) and participation (active approach to class) (10%).
【Feedback】
Assignments will be discussed in class.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

辞典的なものとして、第６版 電気化学便覧 （電気化学会 編）

A typical example is the 6th Edition Electrochemical Handbook "Denki Kagaku Binran" (edited by the Electrochemical Society of Japan)

１．序論
　　　授業内容の背景および概要について理解する

２．電気化学測定法の基礎
　　　サイクリックボルタンメトリー等、電気化学測定法の原理・理論と特徴について説明できる

３．電極表面の分析（１）分光法による表面分析
　　　X線光電子分光法やラマンスペクトルなど、固体表面の分光分析法について説明できる

４．電極表面の分析（２）走査プローブ顕微鏡による表面分析
　　　原子間力顕微鏡や走査トンネル顕微鏡の原理とこれらを用いた固体表面の分析について説明できる

５．機能性電極材料（１）貴金属電極と表面修飾
　　　貴金属電極の電気化学特性と、表面修飾による機能化について説明できる

６．機能性電極材料（２）ナノカーボン
　　　グラフェンやカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料の電気化学特性および応用について説明できる

７．機能性電極材料（３）ダイヤモンド電極
　　　ダイヤモンド電極の作製法、基礎特性と応用について説明できる

８．機能性電極材料（４）ダイヤモンド電極の表面機能化
　　　ダイヤモンド電極の表面化学修飾と、機能性電極への応用について説明できる

９．機能性電極材料（５）生体関連物質による電極表面修飾
　　　酵素などの生体関連物質による電極表面修飾とその応用について説明できる

１０．機能性電極材料（６）光機能電極と光触媒
　　　半導体電極および光触媒の特徴について説明できる

１１．機能性電極の応用（１）電気化学センサー
　　　修飾電極を用いた電気化学センサーについて説明できる

１２．機能性電極の応用（２）電気二重層キャパシタ
　　　電気二重層キャパシタの原理とそれに用いられる電極材料について説明できる

１３．機能性電極の応用（３）固体高分子形燃料電池触媒
　　　固体高分子形燃料電池の原理と、カソード触媒について説明できる

１４．機能性電極の応用（４）ダイヤモンド電極の電気化学エネルギーデバイスへの応用
　　　ダイヤモンド電極の特性と電気二重層キャパシタ、燃料電池触媒への応用について説明できる

１５．総論
　　　授業全体についてまとめ、最近の研究動向について説明できる

１．Introduction
　　　Understanding the background and overview of the class content.

２．Fundamentals of electrochemical measurement methods
　　　Explaining the basic principles, theories, and characteristics of electrochemical measurement methods such as cyclic voltammetry.

３．Electrode surface analysis (1): Surface analysis using spectroscopy
　　　Explaining the spectroscopic analysis of solid surfaces, using techniques such as X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy.

４．Electrode surface analysis (2): Surface analysis using scanning probe microscopy
　　　Explaining the principles of atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy, as well as conducting an analysis of solid surfaces using these principles.

５．Functional electrode materials (1): Noble metal electrodes and surface modifications
　　　Explaining the electrochemical characteristics of noble metal electrodes and functionalization through surface modification.

６．Functional electrode materials (2): Nanocarbons
　　　Explaining the electrochemical characteristics and applications of nanocarbon materials, such as graphene and carbon nanotubes.

７．Functional electrode materials (3): Diamond electrodes
　　　Explaining the fabrication method, basic characteristics, and applications of diamond electrodes.

８．Functional electrode materials (4): Surface functionalization of diamond electrodes
　　　Explaining the chemical surface modification of diamond electrodes and applications as functional electrodes.

９．Functional electrode materials (5): Electrode surface modification using bio-related materials
　　　Explaining electrode surface modification using bio-related materials such as enzymes and applications.

１０．Functional electrode materials (6): Photofunctional electrodes and photocatalysts
　　　Explaining the characteristics of semiconductor electrodes and photocatalysts.

１１．Applications of functional electrodes (1): Electrochemical sensors
　　　Explaining electrochemical sensors that use modified electrodes.

１２．Applications of functional electrodes (2): Electric double-layer capacitors
　　　Explaining the fundamental principles of electric double-layer capacitors and applicable electrode materials.

１３．Applications of functional electrodes (3): Polymer electrolyte fuel cell catalysts
　　　Explaining the fundamental principles of polymer electrolyte fuel cells and cathode catalysts.

１４．Applications of functional electrodes (4): Diamond electrodes for electrochemical energy devices
　　　Explaining the application of diamond electrodes to capacitors and fuel cell catalysts.

１５．General remarks
　　　Overall wrap-up for the class and consideration of recent research trends.

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