Real-space investigation of photochemical reactions on single-atom catalyst surfaces

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20558
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo (2023); Institute of Physical and Chemical Research (2020)
• Principal Investigator: Kazuma Emiko 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50633864)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LEE SEUNGRAN 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (50862174)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2024-03-31
• Keywords: 走査型トンネル顕微鏡 / 単一原子触媒 / 光化学反応 / 単一分子反応

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to investigate single-atom catalysis based on a titanium dioxide (TiO2) model surface using scanning tunneling microscopy (STM). Thin films of anatase TiO2, which have been used as photocatalysts, were developed by pulsed laser deposition. In this study, we found materials and optimized deposition conditions for epitaxial growth of TiO2 thin films by PLD method in the heterostructure of anatase TiO2 thin film and perovskite. We fabricated a few angstroms thick TiO2 film grown on CaRuO3 (CRO) surface with the RMS roughness of 79.51 pm for real-spece study using STM.

Free Research Field

表面化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、光化学反応を誘起する単一原子触媒における触媒作用の機構解明に向けて、原子レベルの空間分解能をもつ走査型トンネル顕微を用いて、触媒表面を詳細に研究するためのモデル表面を開発することに成功した。特にこれまで報告のないアナターゼTiO2薄膜とペロブスカイトのヘテロ構造において、TiO2薄膜がエピタキシャル成長するための材料と成膜条件を見出した。本研究の成果は、酸化物のヘテロ構造におけるエピタキシャル成長に関する基礎的知見を提供するだけでなく、光触媒反応の実空間研究を可能にするモデル表面を開発できたことで、今後の研究の進展により光触媒反応の微視的理解が進むと期待される。