サブナノ秒時間分解XAFS実験法の開発

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16205005
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 野村 昌治 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (70156230)
• 研究分担者: 岩澤 康裕 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (40018015) ; 朝倉 清高 北海道大学, 触媒科学研究センター, 教授 (60175164) ; 佐々木 岳彦 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (90242099) ; 稲田 康宏 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (60242814) ; 鈴木 あかね 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別研究員(PD)
• キーワード: 時間分解XAFS法 / 水冷型曲率可変結晶湾曲機構 / パルスX線 / サブナノ秒 / 不均一系触媒 / 高速CCD検出器 / その場構造解析 / その場電子状態解析

研究概要

構造や電子状態が未解明である溶液中や固体表面での短寿命金属化学種を対象に、サブナノ秒オーダーの時間分解能でその場構造解析及び電子状態解析を行うためのPF-ARリングの特徴を生かした時間分解XAFS実験法の開発を目的とする。平成16年度は、まず、分散型光学系を有してXAFS解析に必要なX線エネルギー領域全体を一度に測定することが可能なDXAFS装置を対象とし、テーパードアンジュレーターからの大強度X線の熱負荷に耐える水冷システムを組み込んだ曲率可変結晶湾曲機構の開発を行った。これは、低エネルギーX線領域で主に用いるブラッグケース(反射型)と高エネルギー域で利用するラウエケース(透過型)の双方のポリクロメーターとして使用可能な設計とし、ブラックケースでは更に、結晶ホルダーを冷却する従来の間接冷却型に加え、ポリクロメーター結晶そのものに冷却水を循環させる直接冷却型の両方を開発した。後者は可動部位があるX線光学素子としては世界初の試みであり、更に広範な応用へ向けての基礎的な知見が得られた。
次に、パルスX線に対して高速に応答するアバランシェフォトダイオード検出器と平成16年度に導入した高速デジタルオシロスコープを用い、PF-AR北棟のNW2ビームラインでの放射光X線パルスとPF-ARリングのRFマスタークロック信号との間のジッター等の評価を行った。その結果、RF信号に対するX線パルスは781.2nsの遅延時間でNW2ビームライン実験ハッチに到着し、そのジッターは13.3psであった。この結果から、PF-ARのタイミング信号系がサブナノ秒時間分解XAFS実験を行う上で十分な時間安定性を有することが示された。
更に、不均一系触媒試料の気体分子との反応をその場観測するための死体積が少ない試料セル、均一な試料を調整する試料調整器を開発した。断熱を考慮することによって900〜1000℃までの昇温を可能とし、反応ガスをフローする条件下における水素吸蔵Pt材料や酸化物に担持したRh触媒などの固体試料の時間分解DXAFS測定に適用した。また、バッチ測定用試料セルの改造を行い、従来の不感時間(数100ms)を一桁以上短縮した。この試料セルを用いて、銅担持ゼオライト触媒の酸化還元過程に関する時間分解DXAFS測定に適用した。
平成17年度には、PF-ARの大強度パルスX線特性を最大限に利用する高速CCD検出器の開発を予定しているが、それに向けて、高速でライン転送するCCDチップを用いてキネティックスモード信号処理系の構成を検討した。また、通常の分光結晶掃引型XAFS測定への適用を目的とするフォトダイオード検出器の信号処理系の設計を行った。

研究成果

• [雑誌論文] The Role of Carbon Dioxide in Chemoselective Hydrogenation of Halonitroaromatics over Supported Noble Metal Catalysts in Supercritical Carbon Dioxide (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Ichikawa, M.Tada, Y.Iwasawa, T.Ikariya
  • 雑誌名: Chem.Commun. ページ: 924-926
• [雑誌論文] In situ X-ray absorption fine structure studies on the structure of Ni_2P supported on SiO_2 (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kawai, S.Sato, W.J.Chun, K.Asakura, K.Bando, T.Matsui, Y.Yoshimura, T.Kubota, Y.Okamoto Y.K.Lee, S.T.Oyama
  • 雑誌名: Physica Scripta T115(in press)
• [雑誌論文] Preparation and characterization of the microfabricated oxide on oxide catalyst on α-Sb_2O_4/VSbO_4 (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Ohminami, S.Suzuki, N.Matsudaira, T.Nomura, W.J.Chun, K.Ijima, K.Nakamura, K.Mukasa, M.Nagase, K.Asakura
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. (in press)
• [雑誌論文] Quantum Mechanical/Molecular Mechanical Molecular Dynamic Simulation of Zinc(II) Ion in Water (2005)
  • 著者名/発表者名: A.M.Mohammed, H.H.Loeffler, Y.Inada, K.Tanada, S.Funahashi
  • 雑誌名: J.Mol.Liq. (in press)
• [雑誌論文] XAFS study of tribofilms generated from belt-drive continuously variable transmission fluids (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Iwanami, H.Wada, M.Nomura
  • 雑誌名: Physica Scripta T115(in press)
• [雑誌論文] XAFS法 (2004)
  • 著者名/発表者名: 野村昌治
  • 雑誌名: 防錆管理 48 ページ: 258
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] A possibility of XANAM (X-ray Aided Non-contact Atomic Force Microscopy) (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Suzuki, Y.Koike, K.Fujisawa, W.Chun, M.Nomura, K.Asakura
  • 雑誌名: Chem.Lett. 33 ページ: 636-637
• [雑誌論文] A Local Structure of Low Coverage Ni Species on the (α-Al_2O_3(0001) Surface-A Polarization Dependent EXAFS Study (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ijima, Y.Koike, W.J.Chun, Y.Sato, Y.Tanizawa, T.Shido, Y.Iwasawa, M.Nomura, K.Asakura
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 384 ページ: 134-138
• [雑誌論文] Time-Scale and Sequence of Dynamic Structural Changes in a MgO-Attached Ruthenium Cluster Catalyst Observed by in Situ Time-Resolved DXAFS (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Suzuki, A.Yamaguchi, T.Chihara, Y.Inada, M.Yuasa, M.Abe, M.Nomura, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 108 ページ: 5609-5616
• [雑誌論文] Direct determination of the "organic extent" of tin species in environmental samples by X-ray absorption near-edge structure spectroscopy (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Takahashi, N.Sakakibara, M.Nomura
  • 雑誌名: Anal.Chem. 76 ページ: 4307-4314
• [雑誌論文] エネルギー分散型X線吸収微細構造(DXAFS)測定装置〜100ミリ秒オーダーの表面構造変化を捕らえる! (2004)
  • 著者名/発表者名: 岩澤康裕, 野村昌治, 水木純一郎
  • 雑誌名: 化学 59・7 ページ: 32
• [雑誌論文] The Dynamic Behaviour of CH_3OH and NO_2 Adsorbed on CeO_2(111) Studied by Noncontact Atomic Force Microscopy (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Namai, K.Fukui, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Nanotec. 15 ページ: S49-S54
• [雑誌論文] Design of a Novel Molecular-Imprinted Rh-Amine Complex on SiO_2 and Its Shape-Selective Catalysis for α-Methylstyrene Hydrogenation (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Tada, T.Sasaki, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 108 ページ: 2918-2930
• [雑誌論文] Preparation, Characterization, and Catalytic Properties of Zirconium Containing Mesoporous Silicas, Zr-MCM-41 (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Yamaguchi, M.Yokoyama, A.Suzuki, Y.Iwasawa, M.Yuasa, M.Abe
  • 雑誌名: J.Jpn.Soc.Colour Mater.(SHIKIZAI) 77・2 ページ: 56-63
• [雑誌論文] Selective Oxidation of Benzene to Phenol with Molecular Oxygen on Rhenium/Zeolite Catalysts (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kusakari, T.Sasaki, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Chen.Commun. ページ: 992-993
• [雑誌論文] First-Principles Theoretical Study and Scanning Tunneling Microscopic Observation of Dehydration Process of Formic Acid on a TiO_2(110) Surface (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Morikawa, I.Tkahashi, M.Aizawa, Y.Namai, T.Sasaki, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 108 ページ: 14446-14451
• [雑誌論文] Chiral Self-Dimerization of Vanadium Complexes on a SiO_2 Surface : The First Heterogeneous Catalyst for Asymmetric 2-Naphthol Coupling (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Tada, T.Taniike, L.M.Kantam, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Chem.Commun. ページ: 2542-2543
• [雑誌論文] Oxide Surface-Promoted Pd-Complex Catalysis for Intramolecular O-Activated Alkene Hydroamination : Catalyst Preparation, Characterization, and Performance (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Tada, M.Shimamoto, T.Sasaki, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Chem.Commun. ページ: 2562-2563
• [雑誌論文] Observation of Element-Specific Energy-Filtered X-Ray Photoemission Electron Microscopy Images of Au on Ta Using a Wien Filter Type Energy Analyzer (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Yasufuku, Y.Ohminami, T.Tsutsumi, H.Niimi, N.Matsudaira, K.Asakura, M.Kato, Y.Sakai, Y.Kitajima, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 43 ページ: 7682-7688
• [雑誌論文] Transient Studies on Carbon Monoxide Oxidation Over Supported Gold Catalysts : Support Effects (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Olea, Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Appl.Catal.A : General 275 ページ: 35-42
• [雑誌論文] In-situ STM and NC-AFM Observations of Atoms Molecules and Catalytic Reactions on TiO_2(110) and CeO_2(111) Single Crystal Surfaces (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Iwasawa
  • 雑誌名: Microsc.Microanal. 10 ページ: 36-37
• [雑誌論文] 私が化学者になった理由 (2004)
  • 著者名/発表者名: 岩澤康裕
  • 雑誌名: 化学 59 ページ: 24
• [雑誌論文] Theoretical Debye Waller Factors of α-MoO_3 Estimated by an Equation-of-Motion Method (2004)
  • 著者名/発表者名: W.J.Chun, K.Ijima, Y.Ohminami, S.Suzuki, K.Asakura
  • 雑誌名: J.Synchrotron Rad. 11 ページ: 291-294
• [雑誌論文] Kinetic Study of the Metalation Reaction of 5,10,15,20-Tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrin with Water and Methanol Adducts of Bis(1,1,1,5,5,5-hexafluorotentane-2,4-dionato)zinc(II) in Supercritical Carbon Dioxide : Specific Cosolvent Effect on the Metalation (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Liu, Y.Inada, S.Funahashi
  • 雑誌名: J.Supercrit.Fluids 30・2 ページ: 237-246
• [雑誌論文] Beryllium-9 NMR Spectroscopy and Molecular Orbital Studies of Hydrogen-Bonding Interaction of Tetraaquaberyllium(II) Ion with Water in the Second Solvation Sphere in Propiononitrile (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inada, Y.Nakayama, S.Funahashi
  • 雑誌名: J.Soln.Chem. 33・6/7 ページ: 847-862
• [雑誌論文] Kinetic Effect of Cosolvents on the Metalation Reaction of Porphyrin with Bis(β-diketonato)copper(II) in Supercritical Carbon Dioxide (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Inada, T.Horita, Y.Yokooka, S.Funahashi
  • 雑誌名: J.Superscit.Fluids 31・2 ページ: 175-183
• [図書] "表面反応(通常の反応過程)" in 新訂版・表面科学の基礎と応用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 岩澤康裕, 福井賢一
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 日本表面科学会編, エヌ・ティー・エス
• [図書] "設計表面" in 新訂版・表面科学の基礎と応用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 岩澤康裕, 唯美津木
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 日本表面科学会編, エヌ・ティー・エス
• [図書] 触媒活用大事典 (2004)
  • 著者名/発表者名: 岩澤康裕
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 「触媒活用大事典」編集委員会編, 工業調査会
• [図書] "EXAFS" in 表面科学の原理と応用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 朝倉清高
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 日本表面科学会編, エヌ・ティー・エス
• [産業財産権] X線吸収微細構造測定用セルおよび反応システム (2004)
  • 発明者名: 朝倉 清高, 河合 寿秀, 阪東 恭子, 角谷 均, 田旺帝
  • 権利者名: 北大, 住友電工, 産総研
  • 産業財産権番号: 特願2004-356564
  • 出願年月日: 2004-12-09