表面金属ナノクラスター精密調製と構造物性の研究

• Project Area: Nano Materials Science for Atomic Scale Modification
• Project/Area Number: 22015002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 朝倉 清高 北海道大学, 触媒化学研究センター, 教授 (60175164)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有賀 寛子 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教 (90570911)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,400,000 (Direct Cost: ¥4,400,000); Fiscal Year 2011: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2010: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 酸化物表面 / 電気化学 / ナノクラスター / AFM / STM / PTRF-XAFS / 金ナノクラスター / TPRF-XAFS

Research Abstract

電位、総電荷量、イオン濃度などをパラメータとして、TiO_2(110)表面に電気化学的手法によって、金属クラスターを形成させ、そのサイズ、形、露出結晶面をSTMや偏光全反射蛍光XAFS法で調べて、表面クラスターの構造を原子レベルで決定し、ナノクラスター構造の制御を目的に実験を展開した。
その結果、印加電圧により、粒径や成長様式の異なるPtを得ることができた。具体的には、ポテンシャルをAg/AgCl電極に対して、-0.05Vにしたときには、数nm程度のPt粒子が成長するのに対して、-0.15Vでは、20-40nmにわたる粒径をもつナノ粒子が形成された。このように、粒子径をポテンシャルやそのかける時間で制御できることがわかった。一方、Ptの析出するサイトについてのポテンシャル依存性は認められなかった。すなわち、ステップおよびテラスにPtナノクラスターが均一に分布し、Underpotential電位での析出は観測することができなかった。
また表面をメルカプト安息香酸で修飾した表面においては、CuやAuが単原子状に高分散できることをみいだした。
これは、SとCuとの強い相互作用に起因するものである。微粒子になりやすいAuについてもメルカプト安息香酸で修飾することで、高分散化することが可能であることがわかった。こうしたメルカプト安息香酸による表面の修飾は、新しい金属高分散化法として、期待される。
また、ステップを多数持つ表面においては、Niがステップとの相互作用により、1次元小クラスターとなることが見いだされた。さらにAuのナノ粒子を酸素プラズマで処理すると、表面Auナノクラスターのサイズが小さくなることがわかった。
以上の成果は表面のナノ構造をもつクラスター制御の新しい方法論を提供したものといえる。

Research Products

• [Journal Article] Polarization-dependent Total Reflection Fluorescence Extended X-ray Absorption Fine Structure and its Application to Supported Catalysis (2012)
  • Author(s): Asakura, K.
  • Journal Title: Catalysis Book Series Volume: 24 Pages: 281-322
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Catalysts Confined on and Within Molecular Layers Formed on a Si (111) Surface with Direct Si-C Bonds (2012)
  • Author(s): Masuda, T.
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 24 Issue: 2 Pages: 268-272
  • DOI: 10.1002/adma.201102491
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angle resolved total reflection fluorescence XAFS and its application to Au clusters on TiO 2 (110) (1×1) (2011)
  • Author(s): Chun, W.J.
  • Journal Title: J.Ceram.Soc.Jpn. Volume: 119 Pages: 890-893
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbon incorporated FeN/C electrocatalyst for oxygen reduction enhancement in direct methanol fuel cells : X-ray absorption approach to local structures (2011)
  • Author(s): Tsai, Chi-Wen
  • Journal Title: ELECTROCHIMICA ACTA Volume: 56 Issue: 24 Pages: 8734-8738
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2011.07.071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamical LEED analysis of Ni (2) P (0001)-1 x 1 : Evidence for P-covered surface structure (2011)
  • Author(s): Hernandez, Alvin B.
  • Journal Title: CHEMICAL PHYSICS LETTERS Volume: 513 Issue: 1-3 Pages: 48-52
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.07.055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ni@NiO Core-Shell Structure-Modified Nitrogen-Doped InTaO (4) for Solar-Driven Highly Efficient CO (2) Reduction to Methanol (2011)
  • Author(s): Tsai, Chi-Wen
  • Journal Title: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C Volume: 115 Issue: 20 Pages: 10180-10186
  • DOI: 10.1021/jp2020534
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic Aspects on Surface Chemical Reaction (2010)
  • Author(s): Asakura, K.
  • Journal Title: Catal Today Volume: 157 Pages: 2-7
  • NAID: 120002646858
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PTRF-XAFS analysis of structure of Au11 cluster on TiO2(110) Surface (2010)
  • Author(s): Takakusagi, S.
  • Journal Title: PF activity Report Volume: 27 Pages: 63-63
• [Journal Article] First Direct Visualization of Spillover Species Emitted from Pt Nanoparticles (2010)
  • Author(s): Takakusagi, S.
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 16392-16396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of application time of colloidal platinum nanoparticles on the microtensile bond strength to dentin (2010)
  • Author(s): Hoshika, S.
  • Journal Title: Dental Materials Journal Volume: 29 Pages: 682-689
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電気化学的手法によるPt/TiO2(110)モデル触媒表面の精密調製 (2011)
  • Author(s): 小川貴史
  • Organizer: 表面科学会講演大会
  • Place of Presentation: 船堀ホール(東京)
  • Year and Date: 2011-11-16
• [Presentation] 酸化物固体表面上の金属クラスター生成 (2011)
  • Author(s): 朝倉清高
  • Organizer: 第2回統合物質国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-07
• [Presentation] 媒科学における超高速反応機構の解明 (2011)
  • Author(s): 朝倉清高
  • Organizer: ERLサイエンスワークショップII
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構(つくば)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-04-07
• [Presentation] Polarization dependent Total-Reflection Fluorescence (PTRF) XAFS Analysis of Au11 Nanoclusters on TiO2(110) Surface (2010)
  • Author(s): Takagkusagi, S.
  • Organizer: Pacifichem
  • Place of Presentation: Hawaii (USA)
  • Year and Date: 2010-12-20
• [Presentation] Deposition and Structure Analysis of Au11(PPh3)8Cl3 on TiO2(110) Surface (2010)
  • Author(s): Takagkusagi, S.
  • Organizer: TOCAT6/APCAT5
  • Place of Presentation: Sapporo Convention Center (Sapporo)
  • Year and Date: 2010-07-20
• [Remarks]
  • URL: http://www.hucc.hokudai.ac.jp/~g16691/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.hucc.hokudai.ac.jp/~q16691/index.html