軟Ｘ線分光による固液界面構造の局所電子状態解析法の開発

• 研究課題/領域番号: 14J07798
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 湯澤 勇人 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 固-液界面 / ナノ粒子 / 軟X線吸収分光 / 固－液界面

研究実績の概要

本研究は，透過型の軟X線吸収分光測定(XAS測定)により固－液相不均一系において界面の相互作用による影響を測定することを目的としている．平成27年度の検討において水熱法で調製したジルコニアナノ粒子懸濁液系をターゲットとして酸素のK吸収端XAS測定を行ったところナノ粒子の導入による変化を示唆するスペクトルの変化が得られたことを報告した．これにより本研究における一定の目的は達成されたが，ナノ粒子調製に使用した化合物に含まれる酸素や水の酸素も類似したエネルギー領域に観察されるため詳細な解析が困難であることが問題であった．そのため今年度は一般的な焼成によって得られるより添加物の少ない粉末に対して本手法の適用を検討した．
実験はアナターゼ相，ルチル相，アナターゼとルチルの混晶の酸化チタンを水に分散させたものを使用した．透過法によるTiのL端におけるXAS測定はUVSORの軟X線アンジュレータ―ビームラインBL3Uで行った．
2wt%の酸化チタン懸濁液を液体セルに流通して測定したところ軟X線が透過せず測定ができなかった．光学顕微鏡でセルの様子を観察したところ，マイクロメートルオーダーの凝集体が液体セル内部に入ったため，セルの厚みを調整できなくなっていることが分かった．そこで超音波ホモジナイザーを使用して水中の酸化チタンを粉砕し測定を行ったところ厚みの制御が可能となり懸濁液系のXAS測定を安定して行うことが出来た．次にこの試料を用いて液相のpHを変化させて酸化チタンの表面電荷を変化させてXAS測定を行ったところpH依存性を示さなかった．このことから検討した酸化チタンの粒子サイズでは表面の電荷は粒子内部のTi原子の電子状態にほとんど影響を与えていないことが分かった．

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
• [雑誌論文] Unusual Water Hydrogen Bond Network around Hydrogenated Nanodiamonds (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Petit, L. Puskar, T. Dolenko, S. Choudhury, E. Ritter, S. Burikov, K. Laptinskiy, Q. Brzustowski, U. Schade, H. Yuzawa, M. Nagasaka, N. Kosugi, M. Kurzyp, A. Venerosy, H. Girard, J.-C. Arnault, E. Osawa, N. Nunn, O. Shenderova, E. F. Aziz
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 121 号: 9 ページ: 5185-5194
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b00721
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Local Structure Observation of Aqueous KSCN Solution by Soft X-Ray Absorption Spectroscopy. Part I. O K-Edge XAS for Solvent Water (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yuzawa, M. Nagasaka and N. Kosugi
  • 雑誌名: UVSOR Activity Report 2015 巻: - ページ: 96-96
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Local Structure Observation of Aqueous KSCN Solution by Soft X-Ray Absorption Spectroscopy. Part II. C and N K- Edge and K L-Edge XAS for Solute KSCN (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yuzawa, M. Nagasaka and N. Kosugi
  • 雑誌名: UVSOR Activity Report 2015 巻: - ページ: 97-97
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface-Dependent Hydration of Nanodiamonds in Colloidal Dispersions (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Petit, H. Yuzawa, M. Nagasaka, H. Girard, J.-C. Arnault, O. Shenderova, N. Kosugi and E. F. Aziz
  • 雑誌名: UVSOR Activity Report 2015 巻: - ページ: 93-93
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In Situ Soft X-ray Absorption Spectroscopy Applied to Solid-Liquid Heterogeneous Cyanopyrazine Hydration on Titanium Oxide Catalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Yuzawa, M. Nagasaka and N. Kosugi
  • 雑誌名: UVSOR Activity Report 2014 巻: - ページ: 111-111
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic Structure of Interfacial Water on Nanodiamonds in Colloidal Dispersions (2015)
  • 著者名/発表者名: Tristan Petit, Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Ryoko Yamanoi, Eiji Osawa, Nobuhiro Kosugi, Emad F. Aziz
  • 雑誌名: UVSOR Activity Report 2014 巻: - ページ: 112-112
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing Interfacial Water on Nanodiamonds in Colloidal Dispersion (2015)
  • 著者名/発表者名: Tristan Petit, Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Ryoko Yamanoi, Eiji Osawa, Nobuhiro Kosugi, Emad F. Aziz
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 6 号: 15 ページ: 2909-2912
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00820
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development and application of in situ/operando soft X-ray transmission cells to aqueous solutions and catalytic and electrochemical reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanari Nagasaka, Hayato Yuzawa, Nobuhiro Kosugi
  • 雑誌名: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 巻: 200 ページ: 293-310
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2015.05.012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ soft X-ray absorption spectroscopy applied to solid-liquid heterogeneous cyanopyrazine hydration reaction on titanium oxide catalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 119 号: 14 ページ: 7738-7745
  • DOI: 10.1021/jp512891t
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Soft X-Ray Absorption Spectroscopic Study of Solid-Liquid Interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • 雑誌名: UVSOR Activity Report 2013 巻: - ページ: 111-111
  • オープンアクセス
• [学会発表] Local structure analysis of aqueous KSCN solutions by soft X-ray absorption spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • 学会等名: ASOMEA VIII
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター (愛知県岡崎市)
  • 年月日: 2016-11-23
  • 国際学会
• [学会発表] 軟X線吸収分光法によるチオシアン酸カリウム水溶液の局所構造観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Local structure analysis of aqueous KSCN solutions by soft X-ray absorption spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • 学会等名: VUVX2016
  • 発表場所: ETH Zurich (Switzerland, Zurich)
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] In situ soft X-ray absorption spectroscopy applied to solid－liquid heterogeneous cyanopyrazine hydration reaction on titanium oxide catalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • 学会等名: ICESS-2015
  • 発表場所: Stony Brook University (America, New York)
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] 軟X線吸収分光による固-液相不均一系 触媒反応のその場観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • 学会等名: 放射光学会第8回若手研究会
  • 発表場所: 分子科学研究所 (愛知県岡崎市)
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] 透過型軟X線吸収分光による固-液界面観察の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • 学会等名: UVOSRシンポジウム2014
  • 発表場所: 分子科学研究所 (愛知県岡崎市)
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] 軟X線吸収分光法による酸化チタン触媒を用いたシアノピラジン水和反応のその場観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • 学会等名: 放射光学会第7回若手会 最先端オペランド観測で明らかになる物性科学
  • 発表場所: 東京大学 (千葉県柏市)
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-09-30
• [学会発表] 透過法による軟X線吸収分光を用いた固-液界面観察の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 湯沢勇人, 長坂将成, 小杉信博
  • 学会等名: 第8回分子科学討論会
  • 発表場所: 広島大学 (広島県東広島市)
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] In Operando Soft X-ray Absorption Spectroscopy for Heterogeneous Catalytic Hydration of Cyanopyrazine on TiO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yuzawa, Masanari Nagasaka, Nobuhiro Kosugi
  • 学会等名: ASOMEA-VII
  • 発表場所: Lund University (Sweden)
  • 年月日: 2014-06-09 – 2014-06-11