軟X線エネルギー分散型表面XAFS法の確立とその表面化学への応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14204069
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 太田 俊明 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80011675)
• 研究分担者: 雨宮 健太 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (80313196) ; 近藤 寛 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (80302800)
• キーワード: エネルギー分散型XAFS / 時間分解 / 分子吸着 / 表面反応 / XMCD / XPD

研究概要

本課題は我々のグループが最近開発に成功した軟X線領域のエネルギー分散型表面XAFS法を確立し表面化学の研究への応用を図ると共に、エネルギー分散法を軟X線領域の関連する手法へ展開して表面現象の理解を深めることを目的としている。今年度は本課題の2年目であり、初年度に高度化したエネルギー分散型表面XAFS法を表面反応の研究に応用するとともに、本手法を繰り返し表面過程に適用して、時間分解能を大幅に向上させるための予備実験を開始した。
表面反応のメカニズム解明への応用として、Pt(111)面上の水生成反応の研究を行った。本手法より水生成反応のカイネティクスを調べると同時に、カイネティックモンテカルロ法によるシミュレーションと実測のデータを比較することによって、詳細な反応メカニズムを明らかにすることができた。また、Rh(111)面上のアンモニア生成反応にも本手法を応用し、気相水素の圧力に応じて反応パスが劇的に変化する様子をリアルタイムで捉えることができた。
さらに、繰り返し過程に適用することで時間分解能を上げ、表面に一時的に存在する化学種を捉える試みを行った。入射X線の光路上にパルス電流で駆動されるチョッパーを挿入してX線をパルス化し、表面にパルス分子線が到着してから一定の遅延時間をおいて照射することで、時間分解スペクトルを測定した。現在の時間分解能は10msであるが、分子線飛来直後に短寿命で生成する高密度吸着相を捉えることに成功した。さらに検出系を変えることで、百マイクロ秒オーダーの時間分解能を得られる見通しが得られた。

研究成果

• [文献書誌] M.Nagasaka et al.: "Water formation reaction on Pt(111) : near edge x-ray absorption fine structure experiments and kinetic monte carlo simulations"J.Chem.Phys.. 119. 9233-9241 (2003)
• [文献書誌] M.Nagasaka et al.: "Oxygen K-shell Near Edge X-ray Absorption Fine Structure Study of O and OH Overlayers on Pt(111)"Chem.Phys.Lett.. 375. 419-424 (2003)
• [文献書誌] H.Kondoh et al.: "Energy-dispersive near-edge x-ray absorption fine structure : A new technique to study surface dynamic processes"Physica Scripta. (in press). (2004)
• [文献書誌] A.Nambu et al.: "Film Growth and X-Ray-Induced Chemical Reaction of Thiophene Adsorbed on Au(111)"Surf.Sci.. 530. 101-110 (2003)
• [文献書誌] 近藤, 岩崎, 島田, 雨宮, 横山, 太田, 下村, 河野: "光電子回折によるAu(111)上メチルチオレートの吸着構造解析"表面科学. 24. 448-454 (2003)
• [文献書誌] 太田, 雨宮, 近藤: "エネルギー分散型表面XAFS法"放射光. 16. 34-40 (2003)