2020 Fiscal Year Annual Research Report
ケルビンプローブ力顕微鏡による酸化チタン表面の金ナノ構造体と電荷移動に関する研究
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20J20223
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
宮崎 雅大 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / ケルビンプローブ力顕微鏡 / 酸化チタン / 触媒 / バンド曲がり / 金ナノ構造体 / クラスター分析 / 表面ポテンシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化チタン（TiO2）に金ナノ構造体を担持すると極めて高い触媒活性が発現することが知られているが、そのメカニズムは未解明である。そこで本研究の目的は、酸化チタン表面上の金ナノ構造体の電荷移動現象を原子スケールで解明することである。
今年度の進捗として、ケルビンプローブ力顕微鏡において電荷分布測定の妨げとなっているバンド曲がりによる静電気力を除去および選択的に測定する手法を開発した（ヘテロダイン方式周波数変調ケルビンプローブ力顕微鏡法）。ヘテロダイン方式により、測定に利用できる周波数を従来の数kHzから数MHzに広帯域化することに成功した。バンド曲がり量の分布は表面化学反応や試料表面近傍における電荷ダイナミクスに影響を及ぼす重要な要因であり、本手法はこれまでにない分析手法として、ナノサイエンスや表面科学に関する研究に大きく貢献することが期待される。またヘテロダイン方式周波数変調ケルビンプローブ力顕微鏡法は、表面ポテンシャルのMHz帯の周波数応答をサブナノスケールで測定できる手法として、広範にわたる材料物性評価への貢献が期待される。
また今年度は当初の計画以上の進展として、試料表面の吸着種を自動で識別できるクラスター分析に基づいた自動解析手法を開発した。本手法のような多次元データ解析により、これまでは識別不可であった化学種の発見や、人の手による解析では見過ごされていた情報などを発見的に獲得することが期待される
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の計画は、ケルビンプローブ力顕微鏡において、バンド曲がりによる静電気力を除去する手法を開発することであった。これは理論的・実験的に検証した結果を論文としてすでに発表している。
また当初の計画以上の進展として、クラスター分析による表面の吸着種の自動識別法を開発した。この成果は第81回応用物理学会秋季学術講演会で報告し、講演奨励賞に選出されるなど高い評価を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
金ナノ構造体を担持させた酸化チタン表面のポテンシャルをケルビンプローブ力顕微鏡を用いて測定することで、金ナノ構造体の大きさ・構造・吸着サイト・周囲の欠陥と電荷移動の関係を明らかにしていく。
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