酸化バリウムクラスター中のBa荷電状態とNOx吸着機構の解明・制御

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26390005
• Research Institution: Genesis Research Institute, Inc.
• Principal Investigator: 早川 鉄一郎 株式会社コンポン研究所, その他部局等, 研究員 (90557745)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 酸化バリウム / クラスター / NOx吸着 / X線吸収分光

Outline of Annual Research Achievements

（１）マグネトロンスパッタリングに用いるターゲットおよび（２）スパッタリング装置の駆動方式の改良を行い、酸化バリウムクラスターの生成に成功した。（１）ターゲットは酸化バリウムから金属バリウムに変更した。金属バリウムは大気中で急速に酸化が進んでしまうため、窒素雰囲気中で酸化層を取り除いたうえ導電性接着剤で保護してからセッティング（大気中）を行うことで、マグネトロン本体との電気伝導を確保した。（２）交流駆動マグネトロンではスパッタ効率が十分に得られなかったため、交流駆動と直流駆動を組み合わせる方法を考案し、スパッタ効率を大幅に高めることに成功した。その結果、バリウム3原子までの酸化バリウムクラスター生成が可能になった。
クラスターへの異元素添加についての技術開発も並行して行った。酸化バリウムクラスター生成に成功していなかったため、すでに生成法を確立していた酸化セリウムクラスターに銀などの添加を試みた。当初計画していた金属蒸発源による異元素添加に代えて、マグネトロンで同時スパッタする方法で銀添加に成功した。また、銀だけでなく銅など他の金属を添加する際にも有効であることを確認した。金属元素を添加する割合は、スパッタするターゲットの面積により調整が可能である。この方法を酸化バリウムクラスターに適用して金属添加した酸化バリウムクラスターを生成することも可能である。
X線吸収分光の測定も開始した。まずは標準試料として酸化バリウム粉末のX線吸収スペクトルを測定した。測定は放射光施設Photon Factoryの実験ステーションBL-2Bを用いて行った。バリウムM5吸収端が明瞭に見られ、ピークエネルギーなどの議論が十分可能なスペクトルが得られた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度進めていた交流駆動マグネトロンスパッタリング装置では、十分な強度のクラスターが得られなかったため、クラスター生成装置の改良を行う必要が生じた。その結果、酸化バリウムクラスターに対する測定には遅れが生じている。ただし現在はバリウム原子数2個および3個からなるクラスターに関しては、測定を開始できる性能にほぼ到達している。
一方で並行して行っている異元素添加法の開発は予定通りに進展している。マグネトロンのターゲットとして、クラスターを生成する元素と同時に添加元素をスパッタしてやることで異元素添加クラスターが生成できることが確かめられており、酸化バリウムクラスターに対しても適用可能である。
またX線吸収分光に関しては、酸化バリウムクラスターの測定に先立って、酸化セリウムクラスターに対する測定および酸化バリウム粉末に対する測定をすでに行っており、測定法の確立はほぼ達成されている。

Strategy for Future Research Activity

現在生成できているサイズ領域（バリウム3原子以下）の酸化バリウムクラスターに対して、バリウムM5吸収端領域でX線吸収分光測定を開始する。この測定は放射光施設Photon Factoryの実験ステーションBL-7Aを用いて6月に行う。10-11月のビームタイムではNO吸着した酸化バリウムクラスターおよび銀添加した酸化バリウムクラスターに対するX線吸収分光を行う計画である。
酸化バリウムクラスターとNOとの反応性測定は、生成できているバリウム3原子以下のクラスターに対して開始する。そのためにイオントラップ中に微量のNOガスを導入して反応生成物の質量分析を行うが、その準備はすでに進めている。
その後クラスター生成条件の最適化を進め、バルクに近い性質を持つと予想されるバリウム6原子程度のクラスター生成を行う。より大きなクラスター生成が進むのに合わせて、生成されたクラスター対する反応性測定を行っていく。その後、X線吸収分光と反応性測定の結果を合わせて考察し、NO吸着性と電子状態の関係についての知見を得る。
またX線吸収分光の標準試料として酸化バリウム粉末に対する測定を行うとともに、比較試料として銀担持酸化バリウム粉末、NO吸着酸化バリウム粉末に対する測定も行っていく。銀添加やNO吸着によるクラスターとバルク試料の変化を比較することにより、バルクのモデル系としてのクラスターの妥当性を検討し、同時にクラスターとしての特徴を抽出することが可能になる。

Causes of Carryover

酸化バリウムクラスター生成技術および異元素添加技術の開発を行った結果、酸化バリウムクラスターに対するX線吸収分光測定が次年度にずれ込んだため、放射光施設への装置輸送費用が次年度へ繰り越しとなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

6月および10-11月のビームタイムにおけるPhoton Factoryへの装置輸送費用に充当する。