2015 Fiscal Year Annual Research Report
極低温ヘリウム昇温脱離法を用いたＡｔｏｍｉｓｔｉｃナノ多孔体モデル構築手法の開発
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14J01101
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
平塚 龍将 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 最小プローブ原子 / 量子効果 / 有効原子径 / 吸着エネルギー分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は，1)新規極低温He-TPD装置(前年度に開発・立ち上げを行った)を用いた脱離ピークの測定および得られた脱離ピークの速度解析による吸着エネルギー分布(AED)の測定，および2)AEDの情報をのみを構築指針とする規則シリカ多孔体(MCM-41)のモデル化，を行う計画であった。
1) AED測定に先駆け，表面ラフネスを有するシリカ表面モデルへの希ガス原子の吸着シミュレーションを行うことで，測定に用いるべき最適なプローブ原子を決定した。Ne，Heについては量子効果を加味する必要があり，Feynmanの経路積分法を適用した吸着シミュレーションを行った。原子サイズの小さなNeやHeはラフネスの深部にまで多く吸着できることを確認したが，NeとHeの吸着量を比較すると，Neに比べてHeの吸着量が少ないことを見出した。量子効果による原子の位置不確定性の程度を加味した有効原子径を計算したところ，Ne：0.301 nm，He：0.368 nmとなり，確かにNeの方が低温下においては小さい原子として振る舞うことを明らかにした。以上より，測定に用いるべきプローブ原子は，当初に予定していたHeではなく，原子サイズが小さく微細なラフネスにまで吸着可能なNeであるということが明らかになった。
MCM-41サンプル0.1 mgに対して，極低温Ne-TPD実験を行ったところ，昇温速度に応じて異なるTPDカーブの測定に成功した。この複数のTPDカーブに対して脱離速度と温度についてのアレニウスプロットを行い，その傾きから吸着エネルギーQstを得た。このQstはNe吸着等温線から得られたQstと良好な一致を示しており，本TPD手法の妥当性を示せた。
2) 1)により得られたQstを吸着量に対して微分することにより，実際にAEDが算出できることを確認し，迅速かつ簡便なAED測定手法の確立に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度は，1)新規極低温He-TPD装置(前年度に開発・立ち上げを行った)を用いた脱離ピークの測定および得られた脱離ピークの速度解析による吸着エネルギー分布(AED)の測定，および2)AEDの情報をのみを構築指針とする規則シリカ多孔体(MCM-41)のモデル化，を行う計画であった。
1) 実際にMCM-41サンプルにおいて極低温Ne-TPD実験を行い，脱離ピークの測定，および得られた脱離ピークの解析によるAEDの測定に成功したが，2) 得られたAEDを用いたMCM-41の細孔表面ラフネスの定量的な評価，および表面構造のモデル化には至っていない。しかし，本手法の一番のカギであるAEDの測定に成功したこと，また，実験により得られたAEDと，滑らかなシリンダー型細孔モデルにおいて計算したAEDとの比較により，MCM-41サンプルには確かに表面ラフネスが存在するといった定性的な評価には成功し，本手法が表面ラフネス評価手法として妥当かつ有効であることを示せていることから，概ね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
・MCM-41サンプルにより得られたAEDを再現できるようなAtomisticモデルを計算機上に構築することでMCM-41の表面構造を特定し，AEDのみから細孔モデルを構築する手法を確立させる。
・異なる材料(活性炭やシリカゲル)を用いて極低温Ne-TPD実験を行い，AEDを算出することで，本TPD手法が一般非晶質多孔体へ適用可能な汎用的なAED測定手法となり得るということを確認する。
・上記一般非晶質多孔体のAEDをもとに，Atomisticモデルを構築し，表面構造の特定を行う。
・一般に吸着等温線測定が困難である非多孔性の粒子について極低温Ne-TPD実験を行い，AEDを算出することで，表面ラフネスに代表される表面構造の特定を試みる。
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Research Products
(6 results)
