固体表面上の反応場の指定と同定

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06403012
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 松島 龍夫 北海道大学, 触媒化学研究センター, 教授 (30002116)
• 研究分担者: 大野 佑一 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助手 (80001725)
• キーワード: 光励起表面反応 / 表面ホットアトム法 / 反応場同定 / 脱離分子角度分布 / 脱離分子速度分布 / CO酸化 / ステップ白金表面 / 生成分子CO_2脱離

研究概要

紫外線光励起又は熱励起で進行するCO酸化で生成するCO_2の脱離ダイナミクスの比較が2つの白金階段状表面上で大きく進展した。2原子幅の(111)構造のテラスと(001)構造のステップが交互に連なる表面Pt(113)=(S)2(111)x(001)と、(111)構造のテラスが3原子幅であるPt(112)=(s)3(111)x(001)が舞台である。光の193nmと308nmの比較では量子収率を除けば、CO_2の脱離ダイナミクスに違いは見いだせない。更にテラスとステップが(111)構造で幅が異なるPt(133)=3(111)x(111)上で酸素分子の配向選択の条件を明らかにできた。
1.光励起反応; Pt(113)上では生成脱離するCO_2の空間分布と速度分布から3種の反応場を確認した。熱反応ではみられない溝の中の反応では酸素分子の分子軸方向に高速のCO_2分子の脱離を見いだし、ホットアトム酸素による反応の直接証拠を初めて確認できた。テラスとステップの垂直に鋭く指向したCO_2の脱離は吸着量が多いときに観測でき、熱反応の反応場の傾きの評価の標準となる脱離であることを確かめた。Pt(112)でもテラス垂直成分を確認した。
2.熱励起反応; Pt(112)とPt(113)上の熱励起CO酸化で生成脱離するCO_2の空間分布・速度分布の解析及びCO_2生成の反応図作製が終了した。ステップでの生成は制限された条件下でのみ観測され、反応は主にテラス上で進行した。反応図は昇温脱離中に生じる5つのCO_2ピークが吸着量で決まり、反応場の構造は影響しないことを示した。ステップとテラス上で生成するCO_2の並進速度はほぼ同じである。
3.酸素分子の配向; X-線吸収端微細構造分光を用いて、Pt(133)上での酸素分子の配向が検討できた。酸素分子がほぼ一方向に配列したPt(113)とは異なり、酸素分子と酸素原子の吸着量の選択で配向を、溝平行と溝から傾いた方向とに選択的に分離できることを見いだした。光反応による新しい反応場の指定を可能とするものである。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ohno: "Angular distribution of desorbing carbon dioxide produced in two processes on a stepped platinum (557) surface." Surface Science. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] Y.Ohno: "Translational energy of carbon dioxide produced on different reaction sites on a stepped platinum (113) surface." Application of Surface Science. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Matsushima: "Reaction sites in thermo-and phpto-induced CO oxidation on stepped Pt (113) and the collimation of product desorption" Science Report of Research Institute of Tohoku University. A42 (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Matsushima: "Identification and switchover of reaction sites in CO oxidation on Pt (113) and (112)." Surface Science. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] H.Akiyama: "Selective deactivation of reaction sites for carbon monoxide oxidation on a platinum (113) surface." Chemical Physics Letters. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Yamanaka: "Reaction sites of photo-induced carbon monoxide oxidation on a stepped (113) surface." Application of Surface Science. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Mastushima: "Proc. Oji Seminer, ″Chemical Processes at surfaces based on atomic scale structure and dynamics″ ed. K.Tanaka p77." Words Publishing House, Tokyo, (1996)