2019 Fiscal Year Annual Research Report
原子間力顕微鏡を用いた絶縁体表面でのナノ構造体構築と気体反応メカニズム解明
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16H06327
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅原 康弘 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40206404)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
李 艶君 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50379137)
内藤 賀公 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90362665)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 走査型プローブ顕微鏡 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
絶縁体表面上のナノ構造体の物理・化学的性質は、ナノ構造体のサイズと表面欠陥により劇的に変化する。しかし、どのような構造および電荷状態が反応活性に有効なのかは未解明である。そこで、本研究は、様々な環境（極低温・超高真空中、および、室温・反応ガス中）で動作する非接触原子間力顕微鏡を駆使して、絶縁体表面の欠陥とナノ構造体との間の電荷移動現象を解明するとともに、ナノ構造体の構造と電荷状態が触媒メカニズムにどのように関係するかを原子スケールで解明することを目的とする。
まず、表面の構造と電荷状態を高分解能に観察できる原子間力顕微鏡/ケルビンプローブ力顕微鏡を駆使して、アルミナ(0001)表面上に構築されたパラジウムPdのナノ構造体の構造と電荷状態について検討した。その結果、ナノ構造体は、ドメイン境界の直線欠陥やジグザグ欠陥、ステップに吸着しやすいことが分かった。他方、ナノ構造体と探針との間の接触電位差は、ジグザグ欠陥に吸着したナノ構造体、直線欠陥に吸着したナノ構造体、ステップに吸着したナノ構造体、テラスに吸着したナノ構造体の順番で大きな値を示した。この結果は、アルミナ(0001)表面上の欠陥とナノ構造体の間で電荷移動現象が生じていることを示唆している。また、アルミナ(0001)表面上に構築されたパラジウムPdのナノ構造体に一酸化炭素, 酸素などのガスを吸着させ、ガス吸着に伴うナノ構造体の構造変化と局所電荷状態の変化を実験的に検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
表面の構造と電荷状態を高分解能に観察できる原子間力顕微鏡/ケルビンプローブ力顕微鏡を駆使して、絶縁体表面上に構築されたナノ構造体の構造と電荷状態について検討した。その結果、絶縁体表面上の欠陥とナノ構造体の間での電荷移動現象を測定することに成功している。このように、おおむね順調に研究が進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画としては、引き続き、絶縁体表面上のナノ構造体に一酸化炭素, 酸素などのガスを吸着させ、ガス吸着に伴うナノ構造体の構造変化と局所電荷状態の変化を原子レベルで明らかにする。特に、ナノ構造体の中央頂上部分と周縁部分の電荷状態の違いを明らかにする。また、ナノ構造体の電荷状態が、表面欠陥の生成やナノ構造体のサイズにどのように影響されるかを解明する。また、表面の構造と電荷状態を高速に原子分解能で観察できる原子間力顕微鏡/ケルビンプローブ力顕微鏡を駆使して、ナノ構造体に吸着したガス分子の触媒表面の動的過程を解明する。さらに、第一原理計算による解析と触媒化学的な考察を加えて、絶縁体表面上でのナノ構造体の触媒メカニズムを解明する。
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