軟Ｘ線分光による固液界面構造の局所電子状態解析法の開発

• Project/Area Number: 14J07798
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 湯澤 勇人 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 固-液界面 / ナノ粒子 / 軟X線吸収分光 / 固－液界面

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，透過型の軟X線吸収分光測定(XAS測定)により固－液相不均一系において界面の相互作用による影響を測定することを目的としている．平成27年度の検討において水熱法で調製したジルコニアナノ粒子懸濁液系をターゲットとして酸素のK吸収端XAS測定を行ったところナノ粒子の導入による変化を示唆するスペクトルの変化が得られたことを報告した．これにより本研究における一定の目的は達成されたが，ナノ粒子調製に使用した化合物に含まれる酸素や水の酸素も類似したエネルギー領域に観察されるため詳細な解析が困難であることが問題であった．そのため今年度は一般的な焼成によって得られるより添加物の少ない粉末に対して本手法の適用を検討した．
実験はアナターゼ相，ルチル相，アナターゼとルチルの混晶の酸化チタンを水に分散させたものを使用した．透過法によるTiのL端におけるXAS測定はUVSORの軟X線アンジュレータ―ビームラインBL3Uで行った．
2wt%の酸化チタン懸濁液を液体セルに流通して測定したところ軟X線が透過せず測定ができなかった．光学顕微鏡でセルの様子を観察したところ，マイクロメートルオーダーの凝集体が液体セル内部に入ったため，セルの厚みを調整できなくなっていることが分かった．そこで超音波ホモジナイザーを使用して水中の酸化チタンを粉砕し測定を行ったところ厚みの制御が可能となり懸濁液系のXAS測定を安定して行うことが出来た．次にこの試料を用いて液相のpHを変化させて酸化チタンの表面電荷を変化させてXAS測定を行ったところpH依存性を示さなかった．このことから検討した酸化チタンの粒子サイズでは表面の電荷は粒子内部のTi原子の電子状態にほとんど影響を与えていないことが分かった．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
• [Journal Article] Unusual Water Hydrogen Bond Network around Hydrogenated Nanodiamonds (2017)
  • Author(s): T. Petit, L. Puskar, T. Dolenko, S. Choudhury, E. Ritter, S. Burikov, K. Laptinskiy, Q. Brzustowski, U. Schade, H. Yuzawa, M. Nagasaka, N. Kosugi, M. Kurzyp, A. Venerosy, H. Girard, J.-C. Arnault, E. Osawa, N. Nunn, O. Shenderova, E. F. Aziz
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 121 Issue: 9 Pages: 5185-5194
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b00721
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Local Structure Observation of Aqueous KSCN Solution by Soft X-Ray Absorption Spectroscopy. Part I. O K-Edge XAS for Solvent Water (2016)
  • Author(s): H. Yuzawa, M. Nagasaka and N. Kosugi
  • Journal Title: UVSOR Activity Report 2015 Volume: - Pages: 96-96
  • Open Access
• [Journal Article] Local Structure Observation of Aqueous KSCN Solution by Soft X-Ray Absorption Spectroscopy. Part II. C and N K- Edge and K L-Edge XAS for Solute KSCN (2016)
  • Author(s): H. Yuzawa, M. Nagasaka and N. Kosugi
  • Journal Title: UVSOR Activity Report 2015 Volume: - Pages: 97-97
  • Open Access
• [Journal Article] Surface-Dependent Hydration of Nanodiamonds in Colloidal Dispersions (2016)
  • Author(s): T. Petit, H. Yuzawa, M. Nagasaka, H. Girard, J.-C. Arnault, O. Shenderova, N. Kosugi and E. F. Aziz
  • Journal Title: UVSOR Activity Report 2015 Volume: - Pages: 93-93
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In Situ Soft X-ray Absorption Spectroscopy Applied to Solid-Liquid Heterogeneous Cyanopyrazine Hydration on Titanium Oxide Catalyst (2015)
  • Author(s): H. Yuzawa, M. Nagasaka and N. Kosugi
  • Journal Title: UVSOR Activity Report 2014 Volume: - Pages: 111-111
  • Open Access
• [Journal Article] Electronic Structure of Interfacial Water on Nanodiamonds in Colloidal Dispersions (2015)
  • Author(s): Tristan Petit, Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Ryoko Yamanoi, Eiji Osawa, Nobuhiro Kosugi, Emad F. Aziz
  • Journal Title: UVSOR Activity Report 2014 Volume: - Pages: 112-112
  • Open Access
• [Journal Article] Probing Interfacial Water on Nanodiamonds in Colloidal Dispersion (2015)
  • Author(s): Tristan Petit, Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Ryoko Yamanoi, Eiji Osawa, Nobuhiro Kosugi, Emad F. Aziz
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Lett. Volume: 6 Issue: 15 Pages: 2909-2912
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00820
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development and application of in situ/operando soft X-ray transmission cells to aqueous solutions and catalytic and electrochemical reactions (2015)
  • Author(s): Masanari Nagasaka, Hayato Yuzawa, Nobuhiro Kosugi
  • Journal Title: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. Volume: 200 Pages: 293-310
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2015.05.012
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In situ soft X-ray absorption spectroscopy applied to solid-liquid heterogeneous cyanopyrazine hydration reaction on titanium oxide catalyst (2015)
  • Author(s): Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 119 Issue: 14 Pages: 7738-7745
  • DOI: 10.1021/jp512891t
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Soft X-Ray Absorption Spectroscopic Study of Solid-Liquid Interface (2014)
  • Author(s): Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • Journal Title: UVSOR Activity Report 2013 Volume: - Pages: 111-111
  • Open Access
• [Presentation] Local structure analysis of aqueous KSCN solutions by soft X-ray absorption spectroscopy (2016)
  • Author(s): Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • Organizer: ASOMEA VIII
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター (愛知県岡崎市)
  • Year and Date: 2016-11-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 軟X線吸収分光法によるチオシアン酸カリウム水溶液の局所構造観察 (2016)
  • Author(s): 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • Organizer: 第10回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Local structure analysis of aqueous KSCN solutions by soft X-ray absorption spectroscopy (2016)
  • Author(s): Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • Organizer: VUVX2016
  • Place of Presentation: ETH Zurich (Switzerland, Zurich)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In situ soft X-ray absorption spectroscopy applied to solid－liquid heterogeneous cyanopyrazine hydration reaction on titanium oxide catalyst (2015)
  • Author(s): Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • Organizer: ICESS-2015
  • Place of Presentation: Stony Brook University (America, New York)
  • Year and Date: 2015-09-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 軟X線吸収分光による固-液相不均一系 触媒反応のその場観察 (2015)
  • Author(s): 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • Organizer: 放射光学会第8回若手研究会
  • Place of Presentation: 分子科学研究所 (愛知県岡崎市)
  • Year and Date: 2015-09-07
• [Presentation] 透過型軟X線吸収分光による固-液界面観察の試み (2014)
  • Author(s): 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • Organizer: UVOSRシンポジウム2014
  • Place of Presentation: 分子科学研究所 (愛知県岡崎市)
  • Year and Date: 2014-11-14
• [Presentation] 軟X線吸収分光法による酸化チタン触媒を用いたシアノピラジン水和反応のその場観察 (2014)
  • Author(s): 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • Organizer: 放射光学会第7回若手会 最先端オペランド観測で明らかになる物性科学
  • Place of Presentation: 東京大学 (千葉県柏市)
  • Year and Date: 2014-09-29 – 2014-09-30
• [Presentation] 透過法による軟X線吸収分光を用いた固-液界面観察の試み (2014)
  • Author(s): 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学 (広島県東広島市)
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] In Operando Soft X-ray Absorption Spectroscopy for Heterogeneous Catalytic Hydration of Cyanopyrazine on TiO2 (2014)
  • Author(s): Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • Organizer: ASOMEA-VII
  • Place of Presentation: Lund University (Sweden)
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-11