時間分解雰囲気X線光電子分光法によるプラズモニック化学反応の実時間オペランド観測

• 研究課題/領域番号: 16H06027
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山本 達 東京大学, 物性研究所, 助教 (50554705)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 25,740千円 (直接経費: 19,800千円、間接経費: 5,940千円); 2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2017年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2016年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
• キーワード: 触媒反応 / プラズモン / オペランド / 時間分解 / 放射光

研究成果の概要

本研究は時間分解雰囲気X線光電子分光法を開発し、プラズモニック化学反応を実時間かつオペランド観測することを目的とした。代表的なプラズモンナノ材料である金ナノ微粒子・二酸化チタン (Au/TiO2)界面において、プラズモン共鳴励起により生成した光励起キャリアがAuナノ微粒子からTiO2基板に移動する様子をリアルタイムで観測することに成功した。更に、時間分解雰囲気X線光電子分光法の開発を行い、その測定に初めて成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により開発された時間分解雰囲気X線光電子分光法は、光励起物質中におけるキャリア（電子、ホール）の動きをサイト選択的に追跡することを可能にする。また、本研究手法はプラズモニック化学反応だけでなく、太陽電池や人工光合成材料といった様々なエネルギー変換材料に適用可能で、これらのエネルギー変換過程の高効率化を実現する学理構築への貢献が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Direct Evidence of Interfacial Hydrogen Bonding in Proton-Electron Concerted 2D Organic Bilayer on Au Substrate (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Susumu、Kato Hiroyuki S.、Ueda Akira、Yoshimoto Shinya、Hirata Yasuyuki、Miyawaki Jun、Yamamoto Kohei、Harada Yoshihisa、Wadati Hiroki、Mori Hatsumi、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 17 号: 0 ページ: 49-55
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2019.49
  • NAID: 130007638859
  • ISSN: 1348-0391
  • 年月日: 2019-04-27
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CO2 Activation and Reaction on Zn-Deposited Cu Surfaces Studied by Ambient-Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Koitaya Takanori、Yamamoto Susumu、Shiozawa Yuichiro、Yoshikura Yuki、Hasegawa Masahiro、Tang Jiayi、Takeuchi Kaori、Mukai Kozo、Yoshimoto Shinya、Matsuda Iwao、Yoshinobu Jun
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 9 号: 5 ページ: 4539-4550
  • DOI: 10.1021/acscatal.9b00041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mass transport in the PdCu phase structures during hydrogen adsorption and absorption studied by XPS under hydrogen atmosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Tang Jiayi、Yamamoto Susumu、Koitaya Takanori、Yoshigoe Akitaka、Tokunaga Takuma、Mukai Kozo、Matsuda Iwao、Yoshinobu Jun
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 480 ページ: 419-426
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.02.180
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced Photoresponsivity of Fullerene in the Presence of Phthalocyanine: A Time-Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy Study of Phthalocyanine/C60/TiO2(110) (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Ozawa, Susumu Yamamoto, Marie D'angelo, Yuto Natsui, Naoya Terashima, Kazuhiko Mase, and Iwao Matsuda
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 123 号: 7 ページ: 4388-4395
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b00186
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen adsorption and absorption on a Pd-Ag alloy surface studied using in-situ X-ray photoelectron spectroscopy under ultrahigh vacuum and ambient pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Tang Jiayi、Yamamoto Susumu、Koitaya Takanori、Yoshikura Yuki、Mukai Kozo、Yoshimoto Shinya、Matsuda Iwao、Yoshinobu Jun
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 463 ページ: 1161-1167
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.07.078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial carrier dynamics of graphene on SiC, traced by the full-range time-resolved core-level photoemission spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Someya T.、Fukidome H.、Endo N.、Takahashi K.、Yamamoto S.、Matsuda I.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 号: 5 ページ: 051601-051601
  • DOI: 10.1063/1.5043223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of CO2 adsorption on oxygen-functionalized epitaxial graphene surface under near-ambient conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Susumu、Takeuchi Kaori、Hamamoto Yuji、Liu Ro-Ya、Shiozawa Yuichiro、Koitaya Takanori、Someya Takashi、Tashima Keiichiro、Fukidome Hirokazu、Mukai Kozo、Yoshimoto Shinya、Suemitsu Maki、Morikawa Yoshitada、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 号: 29 ページ: 19532-19538
  • DOI: 10.1039/c8cp03251c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Controlling the surface photovoltage on WSe2 by surface chemical modification (2018)
  • 著者名/発表者名: Liu Ro-Ya、Ozawa Kenichi、Terashima Naoya、Natsui Yuto、Feng Baojie、Ito Suguru、Chen Wei-Chuan、Cheng Cheng-Maw、Yamamoto Susumu、Kato Hiroo、Chiang Tai-Chang、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 号: 21 ページ: 211603-211603
  • DOI: 10.1063/1.5026351
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Correlation between Photocatalytic Activity and Carrier Lifetime: Acetic Acid on Single-Crystal Surfaces of Anatase and Rutile TiO2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Ozawa, Susumu Yamamoto, Ryu Yukawa, Ro-Ya Liu, Naoya Terashima, Yuto Natsui, Hiroo Kato, Kazuhiko Mase, and Iwao Matsuda
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 122 号: 17 ページ: 9562-9569
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b02259
  • 査読あり
• [学会発表] シリカ担持ニッケル触媒表面におけるサバティエ反応の軟X線オペランド観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本達、 宮脇淳、 唐佳藝、 小板谷貴典、 徳永拓馬、 柴田悠宇、 小瀬川友香、 山添康介、 向井孝三、 吉本真也、 吉信淳、 松田巌、
  • 学会等名: 第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] オペランド軟X線分光を用いた触媒研究：現状と次世代放射光施設における展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「軟X線放射光科学のアップシフト」
• [学会発表] オペランド軟X線分光を用いた触媒研究の現状と将来展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会 放射光表面科学研究部会セッション「最先端放射光表面科学の現状と新3GeV光源における研究展望」
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光を利用した表面分析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: 第66回 表面科学基礎講座「表面・界面分析の基礎と応用」
• [学会発表] Sabatier reaction on a Ni/SiO2 catalyst studied by operando soft X-ray spectroscopies (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto、 J. Miyawaki、 J. Tang、 T. Koitaya、 T. Tokunaga、 Y. Shibata、 Y. Kosegawa、 K. Yamazoe、 K. Mukai、 S. Yoshimoto、 Y. Harada、 J. Yoshinobu、 I. Matsuda、
  • 学会等名: The 14th International Conference on Electronic Spectroscopy and Structure (ICESS-14)
  • 国際学会
• [学会発表] 反応中の触媒をみる－軟X線オペランド分光による化学状態分析－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料科学研究会・日本表面科学会放射光表面科学研究部会・日本表面科学会プローブ顕微鏡研究部会 合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] シリカ担持ニッケル触媒表面におけるサバティエ反応の軟X線オペランド観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達, 唐佳芸, 小板谷貴典, 徳永拓馬, 柴田悠宇, 向井孝三, 吉本真也, 吉信淳, 松田巌,
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] オペランド軟X線分光の高度化・協奏が拓く触媒科学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達, 原田慈久, 松田巌, 吉信淳,
  • 学会等名: ISSP workshop「SPring-8 BL07LSUの現状と次世代軟X線科学創成への戦略」
• [学会発表] プラズモンナノ材料におけるキャリアダイナミクスの実時間観測：時間分解軟X線光電子分光法による研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達, 小澤健一, 寺島矢, 夏井祐人, M. D'Angelo, 加藤博雄, 松田巌,
  • 学会等名: 第31回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] VUV・軟X線光源を用いた物質科学研究の現状と展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: 物質構造科学研究所 設立20周年記念シンポジウム「物質構造科学の過去・現在・未来」
  • 招待講演
• [学会発表] Adsorption and reaction of CO2 on graphene studied by ambient pressure XPS (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto, K. Takeuchi, R.-Y. Liu, Y. Shiozawa, T. Koitaya, T. Someya, K. Tashima, H. Fukidome, K. Mukai, S. Yoshimoto, M. Suemitsu, J. Yoshinobu, I. Matsuda,
  • 学会等名: The 5th Ito International Research Conference "Forefront of Molecular Dynamics at Surfaces and Interfaces： From a single molecule to catalytic reaction"
  • 国際学会
• [学会発表] Adsorption and reaction of CO2 on graphene studied by ambient pressure XPS (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto, K. Takeuchi, R.-Y. Liu, Y. Shiozawa, T. Koitaya, T. Someya, K. Tashima, H. Fukidome, K. Mukai, S. Yoshimoto, M. Suemitsu, J. Yoshinobu, I. Matsuda,
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • 国際学会
• [学会発表] Adsorption and reaction of CO2 on graphene studied by ambient pressure XPS (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto, K. Takeuchi, R.-Y. Liu, Y. Shiozawa, T. Koitaya, T. Someya, K. Tashima, H. Fukidome, K. Mukai, S. Yoshimoto, M. Suemitsu, J. Yoshinobu, I. Matsuda,
  • 学会等名: 33rd European Conference on Surface Science (ECOSS-33)
  • 国際学会
• [学会発表] オペランド軟X線分光の高度化・協奏が拓く触媒科学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本達, 原田慈久, 松田巌, 吉信淳
  • 学会等名: ISSP workshop「SPring-8 BL07LSUが照らしだす物質機能の起源」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
• [学会発表] 放射光軟X線光電子分光法を用いた表面キャリア・分子ダイナミクス研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: 第１回表界面計測技術研究会－電子と光子をプローブとした表界面計測－
  • 発表場所: 湘南国際村センター（神奈川県三浦郡）
  • 招待講演
• [学会発表] Tracking photo-excited carriers on semiconductor surfaces by VUV and soft X-ray pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto
  • 学会等名: 8th Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications (ASOMEA-VIII)
  • 発表場所: Okazaki Conference Center (Okazaki, Aichi)
  • 国際学会
• [学会発表] 放射光軟X線光電子分光法を用いた表面キャリア・分子ダイナミクス研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本達
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 招待講演
• [学会発表] Tracking photo-excited carriers on semiconductor surfaces by VUV and soft X-ray pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Yamamoto
  • 学会等名: Workshop "Fundamental X-ray Science and its Application to Catalysis and Water Research: Future Directions"
  • 発表場所: Stockholm university (Stockholm, Sweden)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 山本達研究用HP
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/sor/s-yamamoto/
• [備考] 山本達研究用ホームページ
  • URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/sor/s-yamamoto/