原子間力顕微鏡を用いた絶縁体表面でのナノ構造体構築と気体反応メカニズム解明

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06327
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 菅原 康弘 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40206404)
• 研究分担者: 李 艶君 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50379137) ; 内藤 賀公 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90362665)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / ナノ構造体 / 電荷移動 / 気体反応メカニズ

研究成果の概要

本研究では、原子間力顕微鏡を駆使して、まず、絶縁性のアルミナAl2O3(0001)表面上に構築されたパラジウムPdのナノ構造体への一酸化炭素CO分子の吸着現象を検討した。その結果、CO分子が、Pdナノ構造体の周縁付近に吸着する現象を原子分解能で観察することに成功した。また、その吸着に伴い、ナノ構造体全体の接触電位差が減少するとともに、CO分子の吸着位置において局所的に接触電位差が増加した。この結果は、Pdナノ構造体へのCO分子吸着に伴い、ナノ構造体の電子がCO分子に移動したことを示唆している。さらに、二酸化チタン(110) 表面に解離吸着した酸素原子は、様々な電荷状態を取りうることを見出した。

自由記述の分野

走査型プローブ顕微鏡

研究成果の学術的意義や社会的意義

(1)絶縁体表面上にナノ構造体を構築し、その新奇な物性を探索することにより、新たな機能を見いだせると期待される。このような学問分野は、世界的にみても未開拓の学問分野であり、学術的な研究課題の宝庫である。本研究により、「絶縁体表面上のナノ構造体の物理・化学」という学問分野の開拓が期待される。
(2)本研究により得られる絶縁体表面上のナノ構造体に関する貴重な知見は、触媒表面での様々な課題や燃料電池の電極表面での課題を解決すると期待される。また、革新的な高感度ガスセンサーなどの開発につながる。したがって、このような研究は、21世紀の環境・エネルギー分野の発展を支える基礎的研究として必要不可欠である。