2019 Fiscal Year Research-status Report
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18K04868
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
坂田 修身 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, ステーション長 (40215629)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Pdナノ粒子 / Ruナノ粒子 / 構造秩序解析 / 電子状態分析 / シンクロトロンX線解析 / エネルギーX線回折 / 硬X線光電子分光 / 逆モンテカルロモデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.Pdナノ粒子の構造、電子状態の研究
Pdナノ粒子（NPs）の構造秩序、電子構造と水素貯蔵特性の関係を、シンクロトロンX線を基にした高エネルギーX線回折、逆モンテカルロモデリング、X線吸収微細構造(XAFS)、硬X線光電子分光(HAXPES)を用いて調べた。試料の平均粒子直径は2.0, 4.6, 7.6 nmであった。得られた知見は1)2.0 nmのPd NPの格子定数は、直径4.6または7.6 nmのPd NPの格子定数よりも大きいことが観察された。2)粒子径が大きくなると、構造秩序が高くなり格子定数と原子変位が減少し、配位数が増加した。3)大きなNPのコア部分の構造秩序は、小さなNPのそれよりも高かった。4)Pd-H形成の結合強度は、粒子径の増加とともに増加した。Pd NPの表面秩序は、水素貯蔵容量とPd-H結合強度の増加に関連すると示唆された。
２．面心立方格子構造(fcc)と六方最密充填構造(hcp)Ruナノ粒子の選択的化学吸着の研究
Ru NPsの固有の電子構造と表面化学吸着挙動との関係をHAXPESを用いて調べた。試料はfcc（平均直径2.4, 5.4 nm）とhcp(2.2, 5.0 nm)であり、ポリビニルピロリドン（PVP）で覆われていた。内殻スペクトル（O 1sとC 1s, Ru 3p3/2）と価電子帯スペクトルを測定し解析した。高いCO酸化触媒特性を有するfcc Ru 5.4 nm NPは、他の３つのNP試料とは異なり、その表面ではCO2, CO, O2吸着に由来する内殻スペクトルが観察された。これは、中間的な化学吸着が形成され、金属とリガンドとの間、すなわちRu4ｄバンドとO2pとの間で電子の授受が起こったと解釈した。過密効果を導入しサイズによる表面吸着を説明した。コアレベルのスペクトルだけでなく、価電子帯構造も結晶構造とサイズの違いに大きく影響された。
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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
金属ナノ粒子の構造秩序や電子状態を分析し、触媒活性と関連させて研究を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
Pd-Ru合金のCO酸化触媒活性と化学吸着との関係について、硬X線光電子分光による内殻光電子スペクトル、価電子帯スペクトルのデータを分析して調べる予定である。また、Rhナノ粒子のXAFSのin situ 測定から、構造と水素吸蔵特性の関係を調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
2020年3月に韓国のシンクロトロンX線施設（Pohang Light Source）で金属ナノ粒子のin situ分析を予定していたが、コロナ感染騒動で施設の運転が中止となり、実験を実施することができなかったため。また、The Workshop on Neutron and X-ray Characterizations on Caloric Materialsの会議で招待を受けたため、自費による負担額が抑えられたため。
国内外の放射光施設での測定の際の旅費や国内の放射光施設でのビームタイム利用料に使用する予定である。また、論文成果の公開をより促進するため、学会や会議での発表の旅費や登録料、論文原稿の添削や投稿料金、さらにオープンアクセスの費用にあてる予定である。
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