Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

XAFS / 表面反応 / CO酸化反応 / 水生成反応 / 表面磁性 / アルカンチオール自己組織化膜 / 深さ分析 / X線磁気円二色性 / エネルギー分散型XAFS / 時間分解 / 分子吸着 / XMCD / XPD

本研究課題の目的は,我々が開発したエネルギー分散型表面XAFS法をさらに高性能化(測定時間の更なる短縮,エネルギー分解能の向上)し,興味ある固体表面上の構造解析,ダイナミックス,及び,表面磁性の研究に応用することにあった。それらの成果を列挙すると,
(1)Pt(111)表面CO酸化反応の解析:本方法によって表面上のO,CO吸着種の被覆率時間依存性をCO圧,基板温度を変えて求めた。さらに,モンテカルロシミュレーションを併用することによって,従来提唱されていた反応機構に加えて,新しい反応機構が存在することを見出した。
(2)Pt(111)上の水生成反応機構の解明:本方法を用いて酸素前吸着したPt(111)表面に低温でH_2を流して水を生成する反応で,O,OH,H_2O吸着種の被覆率の時間変化を追跡し,モンテカルロシミュレーションを併用して,水生成反応の機構,STMによる空間分布の時間変化を再現することができた。
(3)Rh(111)上のNO+N反応機構に関する研究:前駆体としてN_2Oが観測された。また,反応速度の温度依存性は100Kから350Kまで温度上昇と共に減少するという興味ある結果を見出した。
(4)Au(111)表面上のアルカンチオールの吸着構造は理論,実験の研究から多くのモデルが提唱されていた。我々は,新たにX線光電子回折法を用いて,この系の構造解析を行い,これまでの論争に終止符を打った。
(5)磁性薄膜の磁気構造は必ずしも均一ではない。我々は深さ分解XMCD法を開発し,様々な磁性薄膜の磁気構造の深さ分布を調べた。特に,分子吸着によるスピン再配列相転移の現象の解明にこの方法を適用し,薄膜最表層の磁性の大きな変化が原因であることを明らかにした。

分散型XAFS / 時間分解 / 分子吸着 / 表面反応

本課題はこれまで世界的に例のない軟X線領域の分散型表面XAFSの開発を行い、表面反応過程をリアルタイムで追跡することを目的としている。我々は、本課題実施一年目に高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光研究施設内の東京大学スペクトル化学研究センター所有の軟X線ビームラインBL-7Aに分散型XAFS測定システム立ち上げ、稼動を開始した。この測定法により、従来法の10倍程度の速さで測定ができるようになり、表面の動的プロセスをin-situで追跡できるようになった。二年目は縦方向の光の広がりを円筒ミラーで集光して信号強度を上げ、電子エネルギー分析器の電子レンズの結像能力を強化することによって分解能を向上させる改良を行った。さらに、この測定手法を表面化学反応の研究に適用した。我々が選んだ表面反応はPt(111)面上のCO酸化反応である。この反応は基本的な触媒反応であり、古くから数多くの研究が行われているが、反応進行中の表面を原子レベルで調べた例は最近のSTMによる研究しかない。STMの観察結果は明確な反応機構を導き出しているが、表面のすべての化学種を捉えている保証がないことや、局所的に観察している場が反応全体を代表していない可能性があることが欠点である。本手法によってSTMと同程度の時間分解能で表面を分光学的に調べた結果、STMで捉えることができなかった初期反応プロセスがあることを見いだし、反応速度の定量解析により、反応次数の異なる二つの反応プロセスがシーケンシャルに進むことを明らかにした。以上のように、本課題で開発した分散型表面XAFSは、今後、動的な表面プロセスの研究に威力を発揮しうる手法として確立することができた。

【研究分担者】
近藤寛	東京大学	大学院・理学系研究科	助教授	(Kakenデータベース)
雨宮健太	東京大学	大学院・理学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
横山利彦	東京大学	大学院・理学系研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
雨宮健太	東京大学	大学院・理学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
近藤寛	東京大学	大学院・理学系研究科	講師	(Kakenデータベース)
太田俊明	東京大学	大学院・理学系研究科	教授	(Kakenデータベース)