超高真空～準大気圧をつなぐ環境制御型AFMの開発と光触媒表面の欠陥の影響の検証
| Project/Area Number |
21K14534
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research (2022-2023)
Nagaoka University of Technology (2021) |
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Principal Investigator |
勝部 大樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (00831083)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 光触媒 / 原子間力顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / 水吸着構造 / 表面 / 表面・界面物性 |
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| Outline of Research at the Start |
光触媒による水分解反応において、表面に存在する欠陥は反応活性点であると考えられている。しかし、この欠陥構造が実環境においても反応活性点であるかについては直接的な証拠は得られておらず、実環境でも反応性に影響を与えるのかについては明らかになっていない。
本研究では、超高真空環境から準大気圧環境まで水雰囲気を制御可能な環境制御型原子間力顕微鏡を開発する。さらに、開発した装置を用いて以下の研究を行う。
・表面欠陥と水の吸着構造の関係の原子スケールでの解明
・光触媒反応平衡状態における光触媒/水構造の原子スケールでの解明
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光触媒材料表面の欠陥と光触媒反応の関係性、特に水吸着反応との関係を明らかにするため、超高真空から準大気圧まで雰囲気制御が可能な環境制御型原子間力顕微鏡を開発し、原子レベルで光触媒表面、水分子の吸着、吸着した水分子が構成する水膜と光触媒界面を観測し、その構造を明らかにすることを目的として研究を行った。
初年度は、超高真空走査プローブ顕微鏡に大容量排気のターボ分子ポンプとドライポンプ、水分子導入用のバリアブルリークバルブを導入し、環境制御型超高真空走査プローブ顕微鏡の実験系の構築、立ち上げを行った。Si(111)やTiO2(110)試料を用いて、ポンプ稼働環境下における原子分解能計測が可能かどうかの確認を行った。
2年目は、研究代表者の所属異動に伴い、実験装置の移設と再立ち上げを行った。また、極低温超高真空走査トンネル顕微鏡を用いた実験により、光触媒材料であるアナターゼ型TiO2(101)表面における水分子の吸着を観測した。実験装置の都合上、低曝露量での観察に限られるが水分子の初期吸着サイトに関する知見を得た。
最終年度は、移設した環境制御型超高真空走査プローブ顕微鏡のメンテナンスと性能の評価を行った。移設によるダメージはなく、移設前と同様にポンプ稼働環境下でも原子分解能観測が可能であることを確認した。並行して行っていた極低温走査トンネル顕微鏡を用いた実験では、光触媒材料であるアナターゼ型TiO2(101)表面、SrTiO3(100)-(√13×√13)表面の2種類の材料において、水分子の初期吸着サイトの解析を行った。その結果、SrTiO3(100)-(√13×√13)表面において、優先的に水分子が吸着するサイトを特定した。
今後は成果の論文発表を行うとともに、本研究で構築した実験系と成果を足場に光触媒反応の研究につなげていこうと考えている。
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
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[Presentation] X-ray photoelectron spectroscopy study of anatase TiO2(001) using oxygen supersonic seeded molecular beam2021
Author(s)
Daiki Katsube, Shinya Ohno, Shuhei Takayanagi, Shoki Ojima, Motoyasu Maeda, Naoki Origuchi, Arata Ogawa, Natsuki Ikeda, Yoshihide Aoyagi, Yuito Kabutoya, Kyugnmin Kim, Linfeng Hou, Fengxuan Li, Yasutaka Tsuda, Hikaru Yoshida, Shizuka Nishi, Tetsuya Sakamoto, Eiichi Inami, Akitaka Yoshigoe, Masayuki Abe
Organizer
International Symposium on Surface Science 9
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