2018 Fiscal Year Research-status Report
気相多元素クラスターの熱的条件下における反応性評価と反応機構の解明
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17K14433
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
永田 利明 東北大学, 理学研究科, JSPS特別研究員(PD) (80783373)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | クラスター / 反応性 / 幾何構造 / 質量分析 / イオン移動度分析 / 衝突誘起解離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒のモデル系として気相中の多元素クラスターの化学反応の研究が重要である。当年度は前年度に扱った酸化セリウムクラスター正イオンをベースとして、金原子を組み合わせた多元素クラスターについて一酸化炭素との反応を研究した。また、他の金属元素からなる系として、酸化ロジウムクラスター正イオンの研究に着手した。
酸化セリウムクラスター正イオンに金原子を組み合わせた多元素クラスターの研究では、まず真空装置内でのレーザー蒸発法で酸化セリウムと金を同時に蒸発することで目的とするクラスターを得た。続いてクラスターイオン源の下流に設置した反応セル内で一酸化炭素と反応させ、反応性を調べた。まず、従来報告されていたように金・酸化セリウム複合クラスターに一酸化炭素が付加する反応が確認された。このようにして生成した一酸化炭素付加クラスターについて、イオンドリフトセルを用いたイオン移動度質量分析を行った。イオンドリフトセルへイオンを入射する際に衝突誘起解離が見られるが、この金・酸化セリウム複合クラスターと一酸化炭素の系においては、前年度に研究した酸化セリウムと一酸化窒素の系と比較して、衝突誘起解離の程度が小さかった。このことから、金・酸化セリウム複合クラスターに一酸化炭素分子は強く吸着していると判断できる。イオン移動度質量分析の結果と量子化学計算から、一酸化炭素分子は金原子上に付加していること、一部の組成のクラスターにおいてはこの際に結合の組み換えが起きることが示唆された。
酸化ロジウムクラスター正イオンの研究では、酸素存在下でロジウムをレーザー蒸発することでクラスターを得た。この際、酸素濃度を変化させることで生成するクラスターの組成が様々に変化することを観測した。従来の研究で特に興味が持たれている、Rh:O≒1:1の原子数比の組成の反応研究を行うべく、そのようなクラスターの生成条件を見付けることができた。
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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
当年度は当初の計画通り、多元素クラスターの研究として金・酸化セリウム複合クラスターの反応性について研究を行った。衝突誘起解離とイオン移動度質量分析の結果から、反応生成物の結合の強さや結合形態についての情報を得ることができた。また次なる研究対象として酸化ロジウムの系に着手し、目的のクラスターを安定的に生成させることができた。このように、多元素クラスターの研究を実際に行いつつ、次なる系の準備実験を済ませることができたことから、現在までの研究進捗状況はおおむね順調であると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、当初想定していた通りの複雑なクラスターを生成し、反応性を解析するための実験装置が構築されたため、最終年度にあたる次年度は、この装置を用いてこれまでに扱ってこなかったクラスターや反応分子について研究を展開する。具体的な対象としては、クラスター生成条件の検討が完了した酸化ロジウムクラスター正イオンを初めとして、白金やルテニウムといった他の貴金属元素の酸化物クラスターなどを想定している。単純な酸化物クラスターから着手し、研究期間内に可能であればさらに他の金属元素を組み合わせた複合クラスターについて反応研究を行いたい。
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| Causes of Carryover |
当年度に製作した装置の部品の一部(光学系およびその関連設備)は、研究室内の他の研究テーマに使用していたものを一時的に借り受けることができ、これによってその部分において費用をかけず、今回設計・製作した装置の実証実験を行うことができた。しかしながらこれは他テーマの進捗状況からたまたまその時期に借り受けることが可能であったものであり、恒久的に占有できるものではないため、実証実験を済ませた状態で改めて購入する予定である。また研究成果の公表において、費用対効果を勘案し、論文投稿料や英文校閲といった費用が発生しない形での公表を行ったため、これらの費用が浮いた計算になっている。これによる次年度使用分は、研究対象となる物質の幅を広げることに活かしていく予定である。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Structures of Rhodium Oxide Cluster Cations Rh7Om+ (m = 4-7, 12, 14) Revealed by Infrared Multiple Photon Dissociation Spectroscopy2019
Author(s)
Fumitaka Mafune, Kohei Koyama, Toshiaki Nagata, Satoshi Kudoh, Tomokazu Yasuike, Ken Miyajima, Douwe M. M. Huitema, Valeriy Chernyy, Joost M. Bakker
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Journal Title
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 123
Pages: 5964～5971
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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