ナノクラスター化によって創出される金の触媒反応の起源解明

• 研究課題/領域番号: 19750018
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 湊 丈俊 東北大学, 国際高等研究教育機構, 助教 (10415309)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 3,630千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 330千円); 2008年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2007年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 表面科学 / 触媒 / 金 / ナノクラスター / 二酸化チタン / 走査トンネル顕微鏡 / 光電子分光法 / 酸化反応 / 金属錯体 / クラスター / 触媒化学

研究概要

化学的に不活性な金が、ナノサイズ化(3nm程度)され、二酸化チタンなどの金属酸化物に担持された時に示す特異的な触媒活性の起源を明らかにするために、二酸化チタン担持金クラスターモデル触媒を用いて局所的電子状態と触媒活性との関連を調査した。二酸化チタン表面の性質を担う欠陥由来の電子状態について調べたところ、これまで信じられてきた酸素欠損サイトでの局在は見られず、その周りへ広く分布している事を初めて直接観察した。また、金クラスターは二酸化チタンの表面欠陥サイトに吸着し、そこでTi 3d電子を受け取っていること、さらに、そのTi 3d電子の移動が、金の触媒活性発現に関わっていることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] The Electronic Structure of Oxygen Atom Vacancy and Hydroxyl Impurity Defects on Titanium Dioxide (110) Surface (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, Y. Sainoo, Y. Kim, H. S. Kato, K. -I. Aika, *M. Kawai, J. Zhao, *H. Petek, T.Huang, W. He, R. Wang, Z. Wang, Y. Zhao, *J. Yang, and *J. G. Hou
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Electronic Structure of Oxygen Atom Vacancy and Hydroxyl Imp urity Defects on Titanium Dioxide (110) Surface (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, Y. Sainoo, Y. Kim, H. S. Kato, K.-i. Aika, M. Ka wai, J. Zhao, H. Petek, T. Hua ng, W. He, B. Wang, Z. Wang, Y. Zhao, J. Yang, and J. G. Hou
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 130
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-princples calculations of hydrogen diffusion on rutile TiO_2(110) surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, T. Minato, H. S. Kato, *M. Kawai and T. Nakayama
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 127 ページ: 1047091-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles calculations of hydrogen diffusion on rutile TiO_2 (110) surfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kajita, T. Minato, H. S. Kato, M. Kawai, T. Nakayama
  • 雑誌名: J. Chem. phys. 127 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [学会発表] 極微電流走査トンネル顕微鏡および非接触原子間力顕微鏡による有機単結晶の構造観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊、青木洋人、T. Wagner、繪面健、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] 金清浄表面の電気化学エッチング過程の原子レベル観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 吉田浩二、繪面健、葛目義陽、湊 丈俊、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] 極微電流走査トンネル顕微鏡および非接触原子問力顕微鏡による有機単結晶の構造観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊、青木洋人、T.Wagner、給面健、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-31
• [学会発表] 電極表面反応の動的過程を解明する高速走査プローブ顕微鏡 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊、繪面健、吉田浩二、葛目陽義、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 電極表面反応の動的過程を解明する高速走査プローブ顕微 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊、檜面健、吉田浩二、葛目陽義、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Etching process of Si(111) surface in NH_4F solution (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Wen, H. Aoki, A. Kuzume, T. Minato, K. Itaya
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] レザー共焦点微分干渉顕微鏡による新たな界面構造決定法 (2009)
  • 著者名/発表者名: 爲谷伊佐央、青木洋人、葛目陽義、合志憲一、湊 丈俊、佐崎元、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] レザー共焦点微分干渉顕微鏡及び原子間力顕微鏡による有機単結晶の成長過程の分子レベル観察 (2009)
  • 著者名/発表者名: 青木洋人、爲谷伊佐央、葛目陽義、合志憲一、湊 丈俊、佐崎元、板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] Etching process of Si (111) surface in NH_4 F solution (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Wen, H. Aoki, A. Kuzum e, T. Minato, K. Itaya
  • 学会等名: 電気化学会第76回大会
  • 発表場所: 京都府京都市(京都大学吉田キャンパス)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 固液界面の原子・分子レベルでの解明(依頼講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊
  • 学会等名: 東北大国際高等融合領域研究所セミナー"表面・界面の原子レベルでの解明と応用"
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)
  • 年月日: 2009-03-18
• [学会発表] 固液界面の原子・分子レベルでの解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊
  • 学会等名: 東北大国際高等融合領域研究所セミナー"表面・界面の原子レベルでの解明と応用"
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)(依頼講演)
  • 年月日: 2009-03-18
• [学会発表] Molecular Structures of Organic Single Crystals Investigated by Scanning Probe Microscopes (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, H. Aoki, T. Wagner, S. Shiraishi, and Kingo Itaya
  • 学会等名: WPI-AIMR March Annual Workshop 2009
  • 発表場所: 宮城県蔵王町(蔵王ロイヤルホテル)
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] NH_4F Etching of Ultra-flat Si(111) Surface Investigated by Laser Confocal Microscope and Scanning Probe Microscope (2009)
  • 著者名/発表者名: R.Wen, A. Kuzume, T. Minato, K. Itaya
  • 学会等名: WPI-AIMR March Annual Workshop 2009
  • 発表場所: 宮城県蔵王町(蔵王ロイヤルホテル)
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] NH 4 F Etching of Ultra-flat Si (111) Surface Investigated by Laser Confocal Microscope and Scanning Probe Microscope (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Wen, A. Kuzume, T. Min ato, K. Itaya
  • 学会等名: WPI-AIMR March Annual Workshop 2009
  • 発表場所: 宮城県蔵王町(蔵王ロイヤルホテル)
  • 年月日: 2009-03-02
• [学会発表] 世相が求める融合研究(依頼講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊
  • 学会等名: 国際高等融合領域研究所セミナー"融合研究とは何か"
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)
  • 年月日: 2009-02-25
• [学会発表] 世相が求める融合研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊
  • 学会等名: 国際高等融合領域研究所セミナー"融合研究とは何か"
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)(依頼講演)
  • 年月日: 2009-02-25
• [学会発表] 固体・液体・気体・真空の融合界面が創成する極限現象(依頼講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊
  • 学会等名: 国際高等融合領域研究所セミナー"独創する若手研究者の融合 -表面・界面が創成する融合科学-
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)
  • 年月日: 2009-01-15
• [学会発表] 固体・液体・気体・真空の融合界面が創成する極限現象 (2009)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊
  • 学会等名: 国際高等融合領域研究所セミナー"独創する若手研究者の融合-表面・界面が創成する融合科学-
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)(依頼講演)
  • 年月日: 2009-01-15
• [学会発表] The resonance properties of LC resonator circuit in the RF-STM system (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Ishiguro, T. Morii, T. Minato, K. Itaya and T. Okada
  • 学会等名: 16th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 静岡県賀茂郡東伊豆町(伊豆熱川熱川ハイツ)
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] 固液界面反応の原子・分子レベルでの解析法(招待講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 板谷謹悟、湊 丈俊
  • 学会等名: JCII界面制御による化学と電子工学の融合研究会第四回、"界面制御による化学と電子工学の融合" 〜原子・分子レベルでの界面構造制御〜
  • 発表場所: 東京都神田神保町(財団法人化学技術戦略推進機構(JCII))
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] 固液界面反応の原子・分子レベルでの解析法 (2008)
  • 著者名/発表者名: 板谷謹悟、湊丈俊
  • 学会等名: JCII界面制御による化学と電子工学の融合研究会第四回、"界面制御による化学と電子工学の融合"-原子・分子レベルでの界面構造制御-
  • 発表場所: 東京都神田神保町(財団法人化学技術戦略推進機構(JCII))(招待講演)
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] 第一原理荷電表面計算法によるTiO_2表面 の光誘起親水性メカニズム解析(招待講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 梶田晴司、中山隆史、湊 丈俊、加藤浩之、川合眞紀
  • 学会等名: 第7回水素量子アトミクス研究会プログラム
  • 発表場所: 新潟県新潟市(新潟大学
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] 第一原理荷電表面計算法によるTiO_2表面の光誘起親水性メカニズム解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 梶田晴司、中山隆史、湊丈俊、加藤浩之、川合眞紀
  • 学会等名: 第7回水素量子アトミクス研究会プログラム
  • 発表場所: 新潟県新潟市(新潟大学)(招待講演)
  • 年月日: 2008-11-21
• [学会発表] 電気化学走査プローブ顕微鏡を用いた固液界面反応の動的観察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊、吉田浩二、青木洋人、T. Wagner、板谷謹悟
  • 学会等名: 第28回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 東京都新宿区(早稲田大学)
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] 秩序とダイナミクスが誘起する表面現象(依頼講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 湊 丈俊
  • 学会等名: 国際高等融合領域研究所特別セミナー "秩序とダイナミクスの融合研究"
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)
  • 年月日: 2008-11-05
• [学会発表] 秩序とダイナミクスが誘起する表面現象 (2008)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊
  • 学会等名: 国際高等融合領域研究所特別セミナー"秩序とダイナミクスの融合研究
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学)(依頼講演)
  • 年月日: 2008-11-05
• [学会発表] Growth of Perfect Single Crystals of Organic Semiconductors at Solid/liquid Interface (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Sawaguchi, T. Minato and K. Itaya
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME) 2008
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-16
• [学会発表] Evaluation of Atomic Processes in Electro-chemical reactions : Site-selective Anodic Dissolution of Metals and Semiconductors (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Itaya, T. Minato, and A. Kuzume
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME)
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-16
• [学会発表] Evaluation of Atomic Processes in Electro-chemical reactions : Site-selective Anodic Dissolution of Metals and Semiconductors (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Itaya, T. Minato, and A. Kuzume
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME) 2008
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-16
• [学会発表] Molecular Structures of Organic Single Crystals Investigated by New Scanning Probe Microscopes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, H. Aoki, T. Wagner, K. Sato, and K. Itaya
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME)
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-15
• [学会発表] Video Rate AFM for Investigation of Dynamical Processes of Electrochemical Reactions (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, K. Yoshida, R. Mizuno, T. Morii, T. Okada, A. Kuzume and K. Itaya
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME)
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-15
• [学会発表] Molecular. Structures of Organic Single Crystals Investigated by New Scanning Probe Microscopes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, H. Aoki, T. Wag ner, K. Sato, and K. Itaya
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME) 2008
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-15
• [学会発表] Video Rate AFM for Investigation of Dynamical Processes of Electrochemical Reactions (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, K. Yoshida, R. Mizuno, T. Morii, T. Okada, A. Kuzume and K. Itaya
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solid-state science (PRiME) 2008
  • 発表場所: 米国ハワイ州(ヒルトンホテル)
  • 年月日: 2008-10-15
• [学会発表] 超低ノイズSTMおよび高速AFMによる固液界面反応の原子・分子レベルでの解明 (2008)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊、吉田浩二、青木洋人、T. Wagner、板谷謹悟
  • 学会等名: 平成20年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 青森県八戸市(八戸工業大学)
  • 年月日: 2008-10-11
• [学会発表] 超低ノズSTMおよび高速AFMによる周液界面反応の原子・分子レベルで解明 (2008)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊、吉田浩二、青木洋人、T.wagner、板谷謹悟
  • 学会等名: 平成20年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 青森県八戸市(八戸工業大学)
  • 年月日: 2008-10-11
• [学会発表] 非接触原子間力顕微鏡の絶縁性表面/界面への応用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一弥,湊丈俊,吹留博一,板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第75回大会
  • 発表場所: 山梨県甲府市(山梨大学)
• [学会発表] 共焦点レザー走査型微分干渉顕微鏡による新たな表面/界面構造評価法の確立 (2008)
  • 著者名/発表者名: 爲谷伊佐央,吹留博一,湊丈俊,佐崎元,板谷謹悟
  • 学会等名: 電気化学会第75回大会
  • 発表場所: 山梨県甲府市(山梨大学)
• [学会発表] Si(100)-2x1-H表面上のスチレン単分子列形成過程:メチル基置換および置換部位における影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: R. S. Dasanayake-Aluthge,湊丈俊, Md. Z. Hossain,加藤浩之,川合真紀
  • 学会等名: 表面・界面スペクトロスコピー2007
  • 発表場所: 宮城県仙台市(東北大学電気通信研究所および秋保リゾートホテルクレセント)
• [学会発表] 水素終端Si(001)表面上の単分子列形成過程における置換基の影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: R. S. Dasanayake-Aluthge,湊丈俊, Md. Z. Hossain,加藤浩之,川合真紀
  • 学会等名: 分子科学討論会2007仙台
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] Electronic structure of titanium dioxide surfaces and its interactions with gold nano clusters (2007)
  • 著者名/発表者名: Minato T., Zhao J., Sainoo Y., Kim Y., Kato H. S., Susaki T., Shiraki S., Aika K. -i., Yang J., Petek H., and Kawai M.
  • 学会等名: 17th International Vacuum Congress
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
• [学会発表] Si (100)-2X1-H表面上のスチレン単分子列形成過程:メチル基置換および置換部位における影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: R. S. Dasanayake-Aluthge, 湊 丈俊, Md. Z. Hossain, 加藤浩之, 川合真紀
  • 学会等名: 表面・界面スペクトロスコピー2007
  • 発表場所: 秋保リゾートホテルクレセント(仙台市)
• [学会発表] 水素終端Si (001)表面上の単分子列形成過程における置換基の影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: R. S. Dasanayake-Aluthge, 湊 丈俊, Md. Z. Hossain, 加藤浩之, 川合真紀
  • 学会等名: 分子科学討論会2007
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス(仙台市)
• [学会発表] Electronic interactions between defects on titanium dioxide surfaces and gold nano-clusters (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Minato, J. Zhao, Y. Sainoo, Y. Kim, H. S. Kato, T. Susaki, S. Shiraki, K.-i. Aika, J. Yang, H. Petek, M. Kawai
  • 学会等名: 17th International Vaccum Congress
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
• [備考]
  • URL: http://www.iiare.tohoku.ac.jp/index_j.html
• [備考]
  • URL: http://www.che.tohoku.ac.jp/~atom/nihontop.html
• [備考]
  • URL: http://www.riken.go.jp/lab-www/surf-chem/
• [備考]
  • URL: http://www.iiare.tohoku.ac.ip/indexj.html
• [備考]
  • URL: http://www.che.tohoku.ac.ipi-atominihontop.html
• [備考]
  • URL: http://www.riken.ffo.ip/lab-www/surf-chem/