2021 Fiscal Year Research-status Report
光触媒活性サイトその場分析法開発に関する国際共同研究
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20KK0116
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
吉田 朋子 大阪市立大学, 人工光合成研究センター, 教授 (90283415)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東 正信 大阪市立大学, 人工光合成研究センター, 特任准教授 (10711799)
山本 旭 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (30769443)
山本 宗昭 大阪市立大学, 人工光合成研究センター, 特任助教 (50823712)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| Keywords | X線励起発光 / XAFS測定 / XANES解析法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は，アルミナ，シリカ，マグネシア等の各種金属酸化物を対象に，X線で励起した時に放出される紫外・可視光領域の発光（Ｘ線励起発光）を検出しながら励起Ｘ線のエネルギーを連続的に変化させることによりXAFSスペクトルを得ることを試みた．具体的な例としては，放射光施設においてAl2O3に対してAl K-edge付近のＸ線を照射したところ，酸素空孔（F+ center）に由来する300nm付近の発光を微弱ながら検出することができた．Al K-edge 前後約50eVの範囲でＸ線エネルギーを連続的に変化させ，300nm付近の発光強度をモニターすることでスペクトルを描いたところ，従来法（全電子収量法）で測定したAl2O3のAl K-edge XANESスペクトルと同等な微細構造をもつスペクトルが得られていることを見出した．
一方，今年度は，従来法で測定したXANESスペクトルに対してスペクトルの足し合わせや波形分離を施すことで，様々な局所構造が混在している触媒に対して，同じ元素で構成されていても異なる局所構造を定量的に分析できることを実証した．具体的には，水酸化物を様々な温度で加熱脱水させ，元の水酸化物と脱水により得られる酸化物が様々な割合で混在している状態を作り，これらのXANESスペクトルを従来法（全電子収量法）で測定した．測定されたXANESスペクトルが，水酸化物と酸化物のXANESスペクトルの線形として再現されることや，この方法により水酸化物と酸化物の割合を求められることを示した．一方，多形であるAl2O3の各結晶構造に対してXANESスペクトルを測定し，これらのXANESスペクトルの波形分離をすることによって，各結晶構造に含まれるAlO4とAlO6配位構造を定量的に区別できることも示した．
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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
新型コロナウイルスの影響で，2021年度もイタリアのパドバ大学に赴くことができなかったため，イタリア側チームと連携をとりながら研究を進めた．イタリア側はイオンビーム照射による触媒表面制御にかかわる研究を継続する一方，日本側は，試行錯誤の末，Ｘ線励起により誘起される紫外・可視光領域の発光を利用することによりXAFSと同等の微細構造を有するスペクトルを得ることに成功した．このように，本研究の柱となるＸＡＦＳ測定コンセプトを実証することができ，また測定システムの基本概念も得ることができたため，来年度以降に渡航できればイタリアやEU放射光施設での実験に2021年度の研究成果をそのまま応用できると考えている．以上のように，実験予定を変更しているが，前倒して実施し重要な成果も着実に得られていることから，概ね順調に実施できていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度にイタリア側と日本側で得られた実験データや知見・基本的概念に基づいて，今後はまず以下の研究内容に着手する．これまでの研究において，X線励起発光強度を利用したバルク金属酸化物中の欠陥を対象としたXAFSスペクトルの測定が可能になってきた．しかし，金属酸化物中の欠陥構造としては，局所的に母体構造のものと似たものであるため，化学状態を区別するサイト選別型XAFS測定が達成できているかどうかは不明である．
そこで2022年度は発光サイトが母体構造と異なるものを対象に，Ｘ線発光とＸ線吸収を組みあわせた独自のXAFS測定を試み，この目的が達成できているかどうかを確認する．具体的には，イタリア側と日本側の連携によって，金属種と金属酸化物種が混在した発光材料を作製する．この発光材料を対象にまず従来法でXANESスペクトルを測定し，昨年度までに日本側グループが開発したXANES解析方法を応用して金属種と金属酸化物種の各成分の割合を求めるなど定量的な議論をする．更に，Ｘ線発光とＸ線吸収を組みあわせた方法によって，発光を与えるサイト（金属酸化物種）のみのスペクトルが測定できるかを検討する．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で2021年度まで海外渡航できなかったため、イタリアパドバ大学で実施予定だった実験を全て2022年度以降に行うことにしたため
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