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触媒反応への応用に向けた単分子ラマン顕微分光法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 19J15306
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
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関京都大学

研究代表者

越田 裕之  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード一酸化窒素 / 走査トンネル顕微鏡 / 磁性 / 水酸基 / 近藤共鳴 / STM / 光脱離
研究開始時の研究の概要

NOxの無害化などに代表される,不均一系触媒反応を研究するための手法として,単分子レベルの空間分解能を有し,表面に吸着した分子の吸着状態を1分子ずつ調べることができる顕微分光法が望まれている。しかし現状,そのような分光法は確立されているとはいえない。
近年,走査トンネル顕微鏡(STM)とラマン分光を組み合わせた探針増強ラマン分光(TERS)によって,色素分子などの有機分子の単一振動分光が可能となってきた。本研究では,そのTERSを一酸化炭素(CO)や一酸化窒素(NO)へと拡張し,触媒反応において本質的である小分子の単一振動分光法を開拓する。

研究実績の概要

一酸化窒素をAu(110)表面に吸着し,その構造と電子状態について走査トンネル顕微鏡(STM) を用いて調べた。一酸化窒素はブリッジサイトとオントップサイトの2種類の吸着状態が存在することを見出し,特に,後者に特有の近藤共鳴状態を観測した。これはオントップサイトで分子の磁性が保たれることを示唆している。さらに,同じオントップサイトへの吸着でも分子間相互作用がその磁性に影響を及ぼすことも明らかにした。この結果は理論計算によって裏付けられ,オントップサイトに吸着した一酸化窒素は表面との相互作用が比較的弱いため,分子の電子状態と磁性が金属表面上でも保たれることがわかった。本成果はPhysical Review B に原著論文として掲載された。
また,同装置にYb系ファイバーレーザ (パルス幅135 fs, 中心波長1064 nm)を組み込み,BBO結晶を介して532 nmのパルス光を発生させ,ディレイステージをもちいてポンププローブ光学系を構築した。このように,制御された遅延時間を有する二つのパルス光をSTM探針先端に照射し,探針直下の分子のダイナミクスを遅延時間の関数として測定できるようにした。
これを用いて水酸基ダイマーの光誘起フリップ運動を観測し,遅延時間の関数としてその反応レートを求めた。また同装置に波長可変ランプを組み込むことで,一酸化窒素の光脱離反応の波長依存性を実空間で調べた。脱離は可視光領域の光でも観測され,波長の低下(エネルギーの増加)とともに脱離断面積は増加することを確認した。さらに、吸着状態と脱離速度の相関を調べ,分子間相互作用によって脱離が抑制されることも見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Effect of local geometry on magnetic property of nitric oxide on Au(110)-(1×2)2021

    • 著者名/発表者名
      Koshida H.、Okuyama H.、Hatta S.、Aruga T.、Minamitani E.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 15 ページ: 155412-155412

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.155412

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Adsorption and valence electronic states of nitric oxide on metal surfaces2021

    • 著者名/発表者名
      Shiotari Akitoshi、Koshida Hiroyuki、Okuyama Hiroshi
    • 雑誌名

      Surface Science Reports

      巻: 76 号: 1 ページ: 100500-100500

    • DOI

      10.1016/j.surfrep.2020.100500

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Geometric and electronic structure correlation at a metal-organic interface2020

    • 著者名/発表者名
      H. Koshida, Y. Takahashi, H. Okuyama, S. Hatta, T. Aruga, Y. Hamamoto, I. Hamada, Y. Morikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C.

      巻: 124 号: 32 ページ: 17696-17701

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c04678

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Au(110)-(1×2) 表面における NO の磁性2020

    • 著者名/発表者名
      越田 裕之, 奥山 弘, 八田 振一郎, 有賀 哲也, 南谷 英美
    • 学会等名
      2020 年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Au(110)-(1×2) における CuPc の吸着構造と電子状態2020

    • 著者名/発表者名
      奥山 弘, 越田 裕之, 八田 振一郎, 有賀 哲也, 濱本 雄治, 濱田 幾太郎, 森川 良忠
    • 学会等名
      2020 年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Au(110)-(1×2) 表面における NO の近藤共鳴状態2020

    • 著者名/発表者名
      越田 裕之, 奥山 弘, 八田 振一郎, 有賀 哲也, 南谷 英美
    • 学会等名
      日本物理学会 2020 年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Au(110)-(1x2)表面における銅フタロシアニンモノマーの吸着・電子状態2019

    • 著者名/発表者名
      越田 裕之, 奥山 弘, 高橋 優樹, 八田 振一郎, 有賀 哲也
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] STM を用いたAu(110)-(1x2)表面におけるNO光脱離の局所観測2019

    • 著者名/発表者名
      田中 信人, 越田 裕之, 奥山 弘, 八田 振一郎, 有賀 哲也,
    • 学会等名
      2019年関西薄膜表面物理セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Interaction of CuPc with Au(110) studied by STM2019

    • 著者名/発表者名
      H. Okuyama, H. Koshida, S. Hatta, and T. Aruga,
    • 学会等名
      The 81st Okazaki Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Kondo resonance of NO on Au(110)-(1x2)2019

    • 著者名/発表者名
      H. Koshida, H. Okuyama, S. Hatta, and T. Aruga
    • 学会等名
      The 81st Okazaki Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Au(110)におけるCuPcの吸着構造と電子状態2019

    • 著者名/発表者名
      奥山 弘, 越田 裕之, 八田 振一郎, 有賀 哲也,
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] NO/Au(110)-(1x2) における近藤共鳴の観測2019

    • 著者名/発表者名
      越田 裕之, 奥山 弘, 八田 振一郎, 有賀 哲也
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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