• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of operando measurement system based on ultra-soft x-ray surface XAFS with the charged particle yield method and its application to studies on catalysis

Research Project

Project/Area Number 23K23307
Project/Area Number (Other) 22H02039 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

近藤 寛  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (80302800)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 豊島 遼  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (20844806)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
Keywordsオペランド計測 / 軟X線吸収分光 / 光触媒 / X線吸収分光 / 触媒 / 極端軟X線 / XAFS
Outline of Research at the Start

本研究では、電子およびイオンのような電荷をもった粒子を検出することで、真空から大気圧そして液中に至るまでの幅広い測定環境をカバーできる表面XAFS測定システムを立ち上げる。この計測システムを用いて、反応活性種がなかなか同定できない触媒反応や触媒表面での光誘起キャリアーの振る舞いが鍵になる光触媒反応などの反応中の触媒および反応種の化学状態を計測し、その反応機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は本課題の2年目であり、荷電粒子収量による極端軟X線領域のX線吸収分光(XAS)と質量分析法による反応生成物計測ができる装置の製作を継続するとともに、初年度に製作した光ファイバーを組み込んだ固気界面用XAS測定セルを用いて、水分解光触媒の紫外・可視光照射下のオペランド計測に取り組んだ。さらに、本手法を応用するのに適した触媒反応系の探索も行った。
装置製作については、今年度は固液界面用セルを改良し、荷電粒子収量信号を安定的に測定できるようになった。このセルを用いて、いくつかの固液界面のXAS測定を行い、測定に用いる電極の組み合わせとアースとの接続の仕方で、界面敏感なスペクトルとバルク液体敏感なスペクトル、およびその中間領域のスペクトルを測定し分けることができることを見出した。また、質量分析計からのサンプリング管の先端に取り付けるフィルターを工夫することで、固気界面および固液界面で生成したガスをリアルタイム計測できることを確認した。
水分解光触媒のオペランド計測では、固気界面用XAS測定セルにアルミドープチタン酸ストロンチウム光触媒と飽和水蒸気を導入し、紫外・可視光照射によって誘起するキャリアーの活性サイト(助触媒)への移動を助触媒のXASによって調べた。その結果、水分解につながる有効なキャリアー移動には水蒸気の存在と、水素発生助触媒と酸素発生助触媒の両方が存在していることが必要であることを見出した。また、そのときの助触媒におけるキャリアーの特異的な存在の仕方も見出すことができた。
さらに、水分解光触媒以外の観測対象の候補として、炭化水素の部分酸化とCO2還元に有効な触媒の特性を調べ、本手法の応用の可能性を見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

荷電粒子収量による極端軟X線領域のX線吸収分光(XAS)装置を立ち上げることができ、それを実際の水分解光触媒の測定に適用し、光誘起キャリアーの振舞いに関する有用な情報を得ることができた。また、固液界面用セルにおける荷電粒子収量XASの測定においては、測定モードの違いによって3つの異なる測定領域の情報を得られることが新たにわかり、この手法の予想外の有用性を見出すことができた。質量分析法によるリアルタイム観測については、固気界面の微量生成種の検出は問題なく行えることを確認できた。一方、固液界面の生成種の検出については、液中溶存種の検出効率が予想以上に低いために工夫が必要であることがわかった。

Strategy for Future Research Activity

固液界面用セルでの荷電粒子収量X線吸収分光で見出した領域選択的測定を系統的に行い、その技術的確立を目指すとともに、これを水中の光触媒に適用して、水中の光触媒表面の電子状態や光触媒近傍の水の化学構造およびそれらの紫外・可視光照射下における変化に関する情報を得ることを目指す。また、固気界面セルでのXAS測定と質量分析測定の同時測定を通して、水分解光触媒および他の酸化・還元触媒において、触媒を活性化する要因・不活性化する要因をつきとめ、触媒反応機構の解明につなげることを目指す。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Presentation] In situ soft-X-ray absorption spectroscopy study of photoexcited hole transfer in the cocatalyst-loaded SrTiO3:Al photocatalyst under UV irradiation2024

    • Author(s)
      Zi Wang, Ryo Toyoshima, Masaaki Yoshida, Kazuhiko Mase, Hiroshi Kondoh
    • Organizer
      Nanospec FY2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水分解光触媒における酸素発生助触媒への電荷移動の励起波長依存性2024

    • Author(s)
      榎本 晃大、豊島 遼、王 梓、近藤 寛
    • Organizer
      2023年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面オペランド分光で観る触媒反応2024

    • Author(s)
      近藤 寛
    • Organizer
      日本表面真空学会マイクロビームアナリシス技術部会第16回研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] In situ SXAS Measurement of Photoinduced Selective Oxidation of Cobalt in Oxygen Evolution Site on Photocatalyst System2023

    • Author(s)
      王 梓、豊島 遼、近藤 寛
    • Organizer
      日本表面真空学会2023年度関東支部講演大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] CO2-Dissociation-Driven Adsorption State on Rh(111) Studied by in-situ Observations and DFT Calculations2023

    • Author(s)
      村野 由羽、豊島 遼、近藤 寛
    • Organizer
      日本表面真空学会2023年度関東支部講演大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Rh(111)表面におけるCO2解離吸着に対するH2Oの寄与 ~NAP-XPSとPM-IRRASによるin situ観測~2023

    • Author(s)
      村野 由羽、豊島 遼、近藤 寛
    • Organizer
      第17回分子科学討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct observation of proton donor in CO2 photoreduction electrocatalyst by in-situ surface-enhanced Raman spectroscopy2023

    • Author(s)
      眞鍋 龍之介、豊島 遼、近藤 寛
    • Organizer
      2023年度日本表面真空学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] In situ observation of oxygen species on Ag(110) during ethylene epoxidation via X-ray and infrared spectroscopy2023

    • Author(s)
      Yu Murano, Ryo Toyoshima, Hiroshi Kondoh
    • Organizer
      2023年度日本表面真空学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] In situ soft-X-ray absorption spectroscopy study of selective cobalt oxidation in the cocatalyst-loaded SrTiO3:Al photocatalyst under UV irradiation2023

    • Author(s)
      Zi Wang, Ryo Toyoshima, Masaaki Yoshida, Kazuhiko Mase, Hiroshi Kondoh
    • Organizer
      2023年度日本表面真空学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] In Situ Observations for Catalytic Surfaces with Surface Spectroscopy: AP-XPS and Related Techniques2023

    • Author(s)
      Hiroshi Kondoh
    • Organizer
      APXPS workshop 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 銀モデル触媒表面におけるエチレンエポキシ化反応のin situ観測2023

    • Author(s)
      村野由羽,豊島遼,江口晋亮,近藤寛
    • Organizer
      第36回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] その場測定とDFT計算を組み合わせたRh(111)表面におけるCO2の解離プロセス研究2023

    • Author(s)
      村野由羽,豊島遼,近藤寛
    • Organizer
      合同ミニカンファレンスNanospecFY2022mini
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] In-situ表面増強ラマン分光によるCO2光還元プロトンドナーの観測2023

    • Author(s)
      眞鍋龍ノ介,豊島遼,近藤寛
    • Organizer
      合同ミニカンファレンスNanospecFY2022mini
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Dissociation Process of CO2 on Rh(111) single crystal surface2023

    • Author(s)
      Yu Murano, Ryo Toyoshima, Hiroshi Kondoh
    • Organizer
      2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 光触媒における光誘起電荷移動のIn situ SXAS測定2023

    • Author(s)
      王梓,豊島遼,近藤寛
    • Organizer
      2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CO3 Behavior on Ag (110) under Ethylene Epoxidation Conditions2022

    • Author(s)
      Yu Murano, Ryo Toyoshima, Shinsuke Eguchi, Hiroshi Kondoh
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi