2020 年度研究成果報告書

窒素ドープにより高密度に分散したPt単原子の3次元原子配置の特定

研究課題

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研究課題/領域番号	19K15439
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関	北海道大学
研究代表者	山崎憲慈北海道大学, 工学研究院, 助教 (10732985)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード	金属単原子 / 単原子触媒 / TEM / グラフェン / 単原子スパッタリング
研究成果の概要	グラフェン上に白金（Pt）単原子を形成する場合、グラフェンを窒素ドーピングすることによってPt原子が凝集することを抑制することをこれまでに示してきたが、グラフェン上でのPtとNの原子構造は明らかになっていないため、凝集を抑制するメカニズムはわかっていなかった。本研究では収差補正走査透過型顕微鏡（STEM）を用いた電子エネルギー損失分光(EELS)マッピングを行い、窒素ドープグラフェンのステップエッジ上Pt単原子の原子配置を明らかにした。さらに得られた原子配置をを基に第一原理計算を行い、結合の安定性等を評価した。
自由記述の分野	表面科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	単原子触媒の化学反応活性の高さは吸着構造に大きく影響する。これまでにグラフェン上のPt単原子の多くがグラフェンのステップエッジに多く吸着し、ステップエッジでの原子配置を明らかにしたが、より単原子が安定に存在する窒素ドープグラフェンの原子配置を明らかにした例はこれまでなかった。本研究では収差補正走査透過型顕微鏡（STEM）を用いた電子エネルギー損失分光(EELS)マッピングによって窒素ドープグラフェン上のPt単原子の原子配置を始めて明らかにし、理論計算によって吸着構造の電子状態を明らかにした。