固体表面を場とする二次元空間反応-メタステーブル原子をプローブとする反応制御

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07454182
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 原田 義也 千葉大学, 工学部, 教授 (20013477)
• 研究分担者: 奥平 幸司 千葉大学, 工学部, 助手 (50202023) ; 上野 信雄 千葉大学, 工学部, 教授 (40111413)
• キーワード: 固体表面 / 電子分光 / 単分子膜 / 高分子 / 分子間反応 / 電子顕微鏡

研究概要

1単分子膜における重合反応
213Kのグラファイト劈開面上にhexatriacontadiyne(HTDY,C_<16>H_<33>C≡OC≡OC_<16>H_<33>)とdotoriacontatetrayne(DTTY,HC≡OC_<12>H_<24>C≡OC≡C-C_<12>H_<24>HC≡C)の蒸着膜を作り紫外線を照射して分子間における反応過程をペニングイオン化電子分光(PIES)で追跡した。その結果次の知見が得られた。
(1)213Kのグラファイト基板上の単分子膜では分子鎖は基板面に平行に配向した。
(2)紫外線照射によって分子間で重合反応が進んだ。その際HTDYでは中央の3重結合が、DTTYは中央と両端の3重結合が重合に関与した。
(3)重合反応の結果、基板上に単分子膜の分子シート(molecular sheet or atomic cloth)が形成された。
2メタステーブル電子放射顕微鏡による二次元空間反応の観測
(1)拡散と反応の過程を鋭敏に検出するため、メタステーブル電子放射顕微鏡(MEEM)を用いて表面の局所領域のPIESとエネルギー選別像を観測した。前者では、局所領域における分子配向と電子状態に関する情報が得られた。また、後者では表面の分子配向のmappingが可能であることが確かめられた。エネルギー選別像の観測は本研究が初めての例である。
(2)常温における、グラファイトとMoS_2のへき開面およびSi単結晶上でのフタロシアニン類の拡散と反応の過程を研究した。その結果、次のことが分かった。(a)グラファイト上では各分子は速やかに拡散し、分子面を基板面に平行にして配向する。(b)MoS_2上では分子の拡散は遅いが、基板を加熱することにより、(a)の場合と同様な平行の分子配向になる。(c)Si単結晶上では分子は基板と反応し、分子拡散は起こらない。

研究成果

• [文献書誌] H.Ozaki: "Single Sheet of a Quasi-Planar Macromolecule Prepared by Photopolymerization at a Solid Surface" J. Am. Chem. Soc.117. 5596-5597 (1995)
• [文献書誌] H.Ozaki: "Formation of Atomic Cloth Observed by Penning Ionization Electron Spectroscopy" J. Chem. Phys.103. 1226-1228 (1995)
• [文献書誌] Y.Sakai: "Dynamical Change of Step and Domain Structures on the Si (111) Surface with Heat Treatment Observed by Low-Energy Electron Microscope" Surface Sci.336. 295-302 (1995)
• [文献書誌] T.Pasinszki: "Characterization of Ultra-Thin Films of Chloroaluminum Phthalocyanine during Layer-by-Layer Preparation on Graphite" J. Phys. Chem.99. 12858-12862 (1995)
• [文献書誌] M.Aoki: "Observation of Outermost Surface Layers of Phthalocyanine Ultora-Thin Films by Penning Ionization Electron Spectroscopy" Mol. Cryst. Liquid Cryst.267. 217-222 (1995)
• [文献書誌] K.Kamiya: "Photoelectron Angular Distribution of Thin Films of Copper Phthalocyanine on MoS_2 Surfaces : Ouantitative Determination of Molecular Orientation" Mol. Cryst. Liquid Cryst.267. 211-216 (1995)
• [文献書誌] K.Kamiya: "Determination of Two-Dimensional Structure of Ultrathin Films of H_2-and Cu-Phthalocyanine on MoS_2" J. Electron Spectrosc. Releat. Phenom.76. 213-218 (1995)
• [文献書誌] M.Aoki: "Structure of Ultrathin Films of Chloroalminium Phthalocyanine on MoS_2 by Means of Penning Ionization Electron Spectroscopy" J. Electron Spectrosc. Releat. Phenom.76. 259-264 (1995)
• [文献書誌] M.C.k.Tinone: "Site Specific Photochemical Reaction of PMMA and Related Polymers by Inner Shell Electron Excitation" J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.80. 117-120 (1996)
• [文献書誌] N.Ueno: "Synchrotron Radiation as a Scalpel for Molecular Systems : Evidence of Site-specific Chemical Bond Scission of PMMA" Optoelectronics. 11. 91-98 (1996)