2020 Fiscal Year Research-status Report
Determination of activation energy of dissociation reaction of molecule on metal cluster by infrared photodissociation spectroscopy
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19K05183
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
工藤 聡 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任研究員 (00334475)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
真船 文隆 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (50262142)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属クラスター / 質量分析法 / 赤外分光 / 活性化エネルギー / 気相昇温脱離法 / 量子化学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では気相昇温脱離法と赤外解離分光法を組み合わせることで、金属クラスターに吸着した被触媒分子が解離する化学反応の活性化エネルギーを実験的に見積る方法を開発することを主な目的としている。実験的に活性化エネルギーを見積るためにはクラスターの周囲のガスの温度を変えたときに、解離状態で吸着している分子の存在割合がどのように変わったのかを知る必要がある。そのために前年度に現有の装置に金属クラスターを含むガスを加熱するための部品（気相昇温部品）を設計、製作し取り付けた。
令和２年度は、前年度に製作した気相昇温部品の後段に冷却部品を追加した。赤外解離分光法では、赤外線吸収によってクラスターの内部エネルギーが増加し、それにともなってクラスターから分子などが脱離する現象を利用して赤外スペクトルを得る。しかしながら、赤外線はエネルギーが低いため強く吸着した分子を脱離させるのには十分ではないことも多い。そこで、一般的には、弱く吸着する分子（希ガス分子であるアルゴンなど）をクラスターに吸着させておき、赤外線によってそれらの分子を脱離させ、その質量の変化から赤外線吸収の有無を調べることがおこなわれている。その際、弱く吸着する分子は低温に冷却しなければクラスターに吸着しにくいことがわかっているので加熱した後に冷却する必要があった。以上の部品を取り付けた装置で被触媒分子である一酸化窒素を吸着させたロジウムクラスターを生成させた。しかしながら、実験するのに十分な信号強度が得られなかったため、気相昇温部品および冷却部品を再設計して製作した。これらの装置開発、実験と並行して既存の昇温脱離実験装置により対象クラスターの探索も進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究課題は主として装置を使用する実験に基づく研究である。新型コロナウイルス蔓延防止措置などにより大学への入構が認められない期間や制限されている期間があったため実験の実施に遅れが生じている。そのため研究全体についても遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度前半は、前年度に再設計して製作した気相昇温部品および冷却部品を取り付けて、実験装置全体のテスト測定をおこない、実験に対して十分な強信号度が得られるかを確認する。問題があれば追加の改修をおこなう。次に、加熱実験をおこない、クラスターが適切に加熱されていることを確認する。さらに、実際に気相昇温脱離赤外分光実験をおこない、活性化エネルギーの決定に必要な解離吸着分子の存在割合の温度依存性のデータを収集する。実験対象としては当初の予定どおりロジウムクラスター類を対象とする予定である。ロジウム原子のみで構成されるクラスターはこれまでの気相昇温実験や量子化学計算の結果からは開発した装置の設計最高温度（約500℃）では解離吸着が十分に増えない可能性がある。もしも実際に増えなかった場合には予想どおり活性化エネルギーが高いことが確認できる。しかしながら活性化エネルギーの具体的な高さを決定することができないので他の金属クラスターの実験に移行する。増加が認められた場合には、詳細なデータを得るためにロジウムクラスターの実験を継続する。
後半は、詳細なデータを得るために実験を継続する。他の金属クラスターの実験に移行する場合の対象クラスターとしては、イリジウムクラスターを用いる。イリジウムクラスターは、これまでの研究で室温において分子吸着と解離吸着が同時に存在することがわかっており、このことから活性化エネルギーが低いことが予想される。存在割合の温度依存性を解析して得られる活性化エネルギーと量子化学計算によって得られる活性化エネルギーとを比較することで、妥当性を評価するとともに解析方法を改良する。以上により活性化エネルギーの実測の方法を確立する。さらに、このようにして得られた情報をまとめて、金属クラスター表面での対象分子の反応機構の詳細を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染症の拡大防止のため令和二年度に開催された学会等がオンライン開催となったことにより旅費が不要となったために次年度使用額が生じた。次年度使用額については、学会参加費等および装置維持のために必要な部品の購入費として使用する予定である。
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