ケルビンプローブ力顕微鏡による酸化チタン表面の金ナノ構造体と電荷移動に関する研究
| Project/Area Number |
20J20223
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
宮崎 雅大 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2022: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 操作プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / ケルビンプローブフォース顕微鏡 / 表面光起電力 / 光触媒 / 半導体 / 酸化チタン / ケルビンプローブ力顕微鏡 / 表面電位 / 触媒 / バンド曲がり / 金ナノ構造体 / クラスター分析 / 表面ポテンシャル |
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| Outline of Research at the Start |
酸化チタン（TiO2）と金ナノ構造体（Au）の組み合わせは優れた触媒材料として注目されているが、触媒反応の機構は未だ解明されていない。触媒反応は反応物とAu/TiO2間の電荷移動によって進行するので、その電荷分布の測定が触媒機構を解明するうえで重要である。そこで本研究では、ケルビンプローブ力顕微鏡に基づいて触媒表面の電荷分布を原子スケールで測定できる分析手法の開発を目指す。そしてTiO2表面上の一酸化炭素の酸化過程における金ナノ構造体と電荷分布の関係を解明することを目的に研究を行う。本研究により、触媒反応と電荷分布の関連付けが可能となり、触媒機構に関する新たな知見が得られることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、酸化チタン表面上の一酸化炭素の酸化過程における金ナノ構造体と電荷移動現象の関係を原子スケールで解明することである。そのために本年度の計画は、Au/TiO2表面上の一酸化炭素の酸化過程における金ナノ構造体と電荷移動現象の関係を300 Kの室温環境において解明することであった。また室温での低ノイズおよび高安定化測定を目的として、測定系の改良に取り組む計画であった。
当初は計画していなかったが、前年度において、ケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）を用いた表面光起電力測定の高分解能化および測定時間の短縮に関する研究（AC bias KPFM）が進展したことを踏まえて、本年度ではAC bias KPFMに関する研究をさらに深めた。本手法では、試料に印加する交流電圧の振幅をフィードバック制御に用いるという新たな方式を提案し、一度の画像化で表面光起電力の分布を取得できることを示した。一度で画像化することで、測定ドリフトや探針変化による測定精度への悪影響を抑制することができ、これまでより高分解能な表面光起電力分布の取得が可能となる。以上をまとめた結果をBeilstein Journal of Nanotechnology誌で発表した。
また新たな測定手法として、二重バイアス変調ヘテロダイン周波数変調KPFMを提案した。本手法により、位相同期回路の帯域を超えた高周波の交流電圧（数MHz）に対する静電気力の基本波成分と二倍波成分を同時に測定することが可能となった。従って、高周波電圧に対するCPDと同時に、誘電率やキャリア密度といった物理量をナノスケールの高空間分解能で測定することが可能となる。以上をまとめた結果をApplied Physics Letters誌で発表した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Unraveling the charge states of Au nanoclusters on an oxygen-rich rutile TiO2(110) surface and their triboelectrification overtune by nc-AFM and KPFM2021
Author(s)
Q. Zhang, J. Brndiar, M. Konopka, F. H. Wen, Y. Adachi, M. Miyazaki, R. Turansky, R. Xu, Z. H. Cheng, Y. Sugawara, I. Stich and Y. J. Li
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Journal Title
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 125
Issue: 50
Pages: 27607-27614
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Voltage- and redox state-triggered oxygen adatom conductance switch2021
Author(s)
Q. Zhang, J. Brndiar, Y. Adachi, M. Konopka, H. F. Wen, M. Miyazaki, Y. Sugawara, R. Xu, Z. H. Cheng, H. Sang, Y. J. Li, L. Kantorovich and I. Stich
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Journal Title
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 125
Issue: 48
Pages: 26801-26807
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] New ultra-fast method for measuring tunneling rates between an AFM tip and on-surface species2022
Author(s)
L. Kantorovich, Y. Adachi, J. Brndiar, H. F. Wen, Q. Zhang, M. Miyazaki, S. Thakur, Y. Sugawara, H. Sang, Y. J. Li, and I. Stich
Organizer
23rd International Conference on Non-contact Atomic Force Microscopy
Related Report
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[Presentation] Electron dynamics of a single atom quantum dot tunable by AFM tip2021
Author(s)
Yuuki Adachi, Jan Brndiar, Huan Fei Wen, Quanzhen Zhang, Masato Miyazaki, Sourbh Thakur, Yasuhiro Sugawara, Hongqian Sang, Yan Jun Li, Ivan Stich and Lev Kantorovich
Organizer
The 5th international symposium on elucidation of next generation functional materials・surface and interface properties
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Int'l Joint Research / Invited
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