2016 Fiscal Year Research-status Report
超高解像高温AFMによる化学反応のその場観察法の開発
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16K13680
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉本 宜昭 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00432518)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 走査型プローブ顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単分子の化学反応をその場で観察することは化学の長年の夢である。本研究では、固体表面に吸着した個々の有機分子の化学反応を実空間で可視化することを目的とする。原子間力顕微鏡（AFM）を用いると有機分子の形を可視化することができるので、化学反応による構造変化を直接捉える事ができる。反応中間体、反応生成物の構造の同定、さらに個々の反応経路の活性化障壁の測定を行う。これにより、例えば触媒反応場で起こる化学反応など、ローカルで起こる化学反応を理解することにつながる。今回、AFMを用いて表面に吸着することで誘起される新しい化学反応を可視化することに成功した。個々の有機分子は探針との斥力によりイメージングすることができ、それぞれの分子を化学反応物も含めて同定することができた。この化学反応は表面への吸着構造が重要な役割を果たしていることを明らかにした。そして、一部の化学反応において活性化障壁の見積もりにも成功した。一方、化学反応の場となる二酸化チタン表面上のプラチナ単原子の電荷状態をケルビンプローブ顕微鏡法（KPFM）で調べた。プラチナの単原子は正に帯電することが実験的にわかり、第一原理計算によってそれを再現することができた。また、KPFM測定のメカニズムの解明を行い、正しい測定を行うための条件を明らかにした。具体的には、AFMの探針が表面に接近するにつれて、探針にダイポールが誘起され、表面本来の情報を得ることができないことが判明した。
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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
金属基板に有機分子を吸着させて、AFM観察を行ったところ、有機分子の形状、吸着サイト、吸着状態を同定できるほど高分解能な画像の取得に成功した。さらに、加熱によって新しい分子が観察され、化学反応物を同定することができた。一方、化学反応の場として重要な二酸化チタン表面においてプラチナ単原子の電荷状態を同定することにも成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、表面化学反応の可視化の実験を行っていく。特に、有機分子を吸着させる基板を様々に変えて実験を行い、吸着サイトや吸着様式による影響を詳しく調べる。
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| Causes of Carryover |
原子間力顕微鏡の観測室で試料を加熱する機構について、試行錯誤をしていたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
試料加熱の機構と合わせて測温できるシステムを構築していく予定である。
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Research Products
(34 results)
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[Presentation] Observation of Azulene-to-fulvalene Rearrangement by AFM2016
Author(s)
A. Shiotari, K. Iwata, T. Nakae, Y. Shinagawa, S. Mori, T. Okujima, H. Uno, H. Sakaguchi and Y. Sugimoto
Organizer
24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM24)
Place of Presentation
Hawaii Convention Center, Honolulu, USA
Year and Date
2016-12-14 – 2016-12-14
Int'l Joint Research
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