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界面化学 / Interfacial Chemistry

単位数: 2. 担当教員: 松本祐司, 丸山伸伍. 開講年度: 2024. 開講言語: 日本語／英語　J/E.

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。

界面でどのように電子が移動し、また反応するのか、その基礎的理解は、光触媒やリチウムイオン電池などの電気化学デバイス、また、太陽電池やトランジスタなどの固体素子の開発に必要不可欠である。本講義では、固体の電子状態、特に半導体のバンド構造と電子統計の初歩的な理解から始まり、マーカス理論に基づく金属-液体界面で電荷移動反応、半導体物理に基づく半導体-金属、あるいは半導体-半導体界面での電流-電圧特性、さらには、光触媒作用や二次電池特性の理解には不可欠な半導体-液体界面，かつ物質-液体界面での電荷/イオン移動現象やについて、化学者の目線で、できるだけ平易な解説を試みる。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")

For further improvement of electrochemical devices of photocatalysts and lithium ion batteries, and solid-state devices of solar cells and transistors etc.., the basic understanding of charge transfer processes of electrons or ions at an interface should be indispensable, and their resultant chemical reactions and/or physical transport phenomena taking place at the interface are important for their applications. This lecture will provide not only the basic knowledge of semiconductor physics such as the band theory and electron statistics, but also various topics of interfacial charge transfer phenomena, which include Marcus theory, and photocatalysis and charge/discharge in secondary batteries at a solid-liquid interface in electrochemistry, and diodes and transistors of a solid-solid junction in electronics. The explanations will be given in an easy way from the viewpoints of the chemists.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

特になし

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

None.

授業計画

第１回　固体のバンド構造

第２回　電子の化学ポテンシャルと統計分布

第３回　金属や半導体の固体-固体界面の電気特性 (1)

第４回　金属や半導体の固体-固体界面の電気特性 (2)

第５回　固体素子とその応用 (1)

第６回　固体素子とその応用 (2)
　
第７回　電荷移動のMarcus理論

第８回　電解質界面の光・電気化学 (1)

第９回　電解質界面の光・電気化学 (2)

第10回　電解質界面の光・電気化学 (3)

第11回　結晶成長 (1)

第12回　結晶成長 (2)

第13回　演習（１）

第14回　演習（２）

第15回　まとめ

授業計画(Ｅ）

Lecture 1　Band structures of solids

Lecture 2　Electron statistics

Lecture 3　Solid-solid interfaces of metals and semiconductors (1)

Lecture 4　Solid-solid interfaces of metals and semiconductors (2)

Lecture 5　Solid-state devices and their applications (1)

Lecture 6　Solid-state devices and their applications (2)

Lecture 7　Charge transfer: Marcus theory

Lecture 8　Photo/electrochemistry at Solid-liquid interfaces (1)

Lecture 9　Photo/electrochemistry at Solid-liquid interfaces (2)

Lecture 10 Photo/electrochemistry at Solid-liquid interfaces (3)

Lecture 11 Crystal growth (1)

Lecture 12 Crystal growth (2)

Lecture 13　Exercise（１）

Lecture 14　Exercise（２）

Lecture 15　Summary

授業時間外学習

授業時間は限られているので、自主学習が重要になる。特に復習を必ず行うようにすること。

授業時間外学習（Ｅ）

The session time is limited and therefore self-directed learning is important. Students are required to review for each class.

成績評価方法及び基準

期末試験または課題レポートを総合的に評価する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

References are handed out at every class.
The final exam, submitted reports, and so on are evaluated.