走査プローブ顕微鏡を用いた分子系高次機能の研究

2007 年度 実績報告書

• 研究領域: 分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
• 研究課題/領域番号: 19056006
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 大西 洋 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
• キーワード: 走査プローブ顕微鏡 / 非接触原子間力顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / 埋没界面 / 触媒 / 二酸化チタン / ケルビンプローブ顕微鏡 / 仕事関数

研究概要

物質やエネルギーを外界からうけとり他の形態に変換して戻すことによって、界面は多彩な機能を発揮する。生体膜や溶媒抽出(液体-液体界面)、触媒や光触媒(固体-気体界面)、電池や液晶(固体-液体界面)、ポリマー多層膜やEL素子(固体-固体界面)などのように人の役に立つ界面は媒質に埋没した状態で動作する。埋没界面に埋め込まれた分子系が発揮する高次機能を理解することが本研究の目標である。
1.走査プローブ顕微鏡による二酸化チタン表面に吸着した塩素原子の観察
固体表面に吸着した原子あるいは分子は表面とのあいだで電荷移動をおこす。移動電荷がつくる双極子モーメントによって生じる仕事関数変動を顕微計測して、単一原子分子ごとに電荷移動量を計測する研究を進めている。触媒の選択性をチューニングする添加物である塩素原子を二酸化チタンに吸着させて、走査プローブ顕微鏡の一種であるケルビンプローブ顕微鏡を用いて局所仕事関数の面内分布を計測した。塩素原子が吸着した個所の仕事関数が増大することを見いだした。吸着ナトリウム原子によって局所仕事関数旨が減少することを以前に報告しており、吸着原子の電気陰性度と局所仕事関数がよい相関を示したことから、仕事関数を顕微計測して電荷移動を計測するアイデアの有効性を立証した。
2.溶液中で動作するFM-AFM顕微鏡の開発
カンチレバーの共鳴振動数変化を検出する方式の原子間力顕微鏡(FM-AFM)は、非導電体試料表面の単一原子分子を画像化する顕微鏡としてめざましく発展しつつある。しかし、液体中で動作させると粘性抵抗によって共鳴振動のQ値が低下し、力検出感度が悪化する欠点があった。カンチレバーの変位検出法を改善して液中で動作する顕微鏡装置を実現するために、微弱信号計測器などを整備して予備実験を進めた。

研究成果

• [雑誌論文] Photoinduced dynamics of TiO2 doped with Cr and Sb (2008)
  • 著者名/発表者名: Toshitatsu Ikeda, Tomonori Nomoto, Kazuo Eda, Yasuhisa Mizutani, Hideki Kato, Akihiko Kudo, Hiroshi Onishi
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 112 ページ: 1167-1173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved infrared absorption study of nine TiO_2 Photocatalysts (2007)
  • 著者名/発表者名: Akira Yamakata, Taka-aki Ishibashi, Hiroshi Onishi
  • 雑誌名: Chemical Physics 339 ページ: 133-137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning probe microscopy study of Ba overlayers on TiO_2(110) (2007)
  • 著者名/発表者名: Chi Lun Pang, Akira Sasahara, Hiroshi Onishi
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 111 ページ: 9221-9226
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourth-order coherent Raman spectroscopy in a time domain applications to buried interfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Nomoto, Hiroshi Onishi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 9 ページ: 5515-5521
  • 査読あり
• [学会発表] STM Observation of Acetone Adsorption and Photoreaction on TiO_2(110) (2007)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Yasuo, Akira Sasahara, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: The 15th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 東伊豆
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] Chlorine-adsorbed TiO_2(110) Surfaces Observed with a Kelvin Probe Force Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: Kumiko Hiehata, Akira Sasahara, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: The 15th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 東伊豆
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] High-resolution Frequency Modulation Kelvin Probe Force Microscopy in an Atmospheric Pressure of N_2 Gas (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Ohta, K. Watanabe, R. Kokawa, K. Kobayashi, H. Yamada, A. Sasahara, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: The 15th Tnternational Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 東伊豆
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] Scanning Probe Microscope Study of Dye-sensitized TiO_2(110) (2007)
  • 著者名/発表者名: Akira Sasahara, Masatoshi Ikeda, Naoki Koide, Liyuan Han, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: 17th INternational Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC17)
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2007-12-03
• [学会発表] Apply Chemistry to Buried Interfaces: Fourth-order Raman Spectroscopy and Dynamic Force Microscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Onishi
  • 学会等名: The 67th Okazaki Conferences, Molecular Science and Chemical Biology of Biomolecular Function
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2007-11-10
• [学会発表] Scanning Kelvin Probe Study of Dye-sensitized TiO_2(110) (2007)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Ikeda, Akira Sasahara, Naoki Koide, Liyuan Han, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: 10th International Conference on Non-contact Atomic Force Microscopy (NCAFM2007)
  • 発表場所: Antalya,Turkey
  • 年月日: 2007-09-16
• [学会発表] Chlorine-adsorbed TiO_2(110) Surfaces Observed with a Kelvin Probe Force Microscope (2007)
  • 著者名/発表者名: Kumiko Hiehata, Akira Sasahara, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: 10th International Conference on Non-contact Atomic Force Microscopy (NCAFM2007)
  • 発表場所: Antalya,Turkey
  • 年月日: 2007-09-16
• [学会発表] Investigations of Organic Molecules by Frequency Modulation Atomic Force Microscopy in Air or Liquid (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Ohta, K. Watanabe, R. Kokawa, K. Kobayashi, H. Yamada, M. Abe, S. Morita, M. Tomitori, H. Onishi, T. Arai
  • 学会等名: 10th International conference on Non-contact Atomic Force Microscopy (NCAFM2007)
  • 発表場所: Antalya,Turkey
  • 年月日: 2007-09-16
• [学会発表] Surface Vibrations of TiO2 in Liquids Observed by Fourth-order Raman Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Nomoto, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: The 7th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Pacific Rim 2007)
  • 発表場所: Seoul,Korea
  • 年月日: 2007-08-30
• [学会発表] Surface Vibrations of TiO2 Interfaces Observed by Fourth-Order Raman Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Nomoto, Hiroshi Onishi
  • 学会等名: Mini-Symposium on Low-Frequency Spectra in Condensed Phases; Molecular Dynamics and Intermolecular Interactions
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2007-06-02
• [備考]
  • URL: http://133.30.66.2/~ohishi/