波長分散型軟X線吸収分光法の高度化による表面化学反応のリアルタイムオペランド追跡

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これまでに開発した軟X線領域の蛍光収量波長分散型X線吸収分光装置を用いて，最大で0.1気圧(10,000 Pa)のガス存在下で，表面化学反応のリアルタイム観察を行った。さらに，この手法に深さ分解X線吸収分光法(蛍光X線の出射角によって検出深度を制御し，深さ方向の情報を得る手法)を組み合わせて，深さ方向に進行する化学反応のリアルタイム深さ分解分析を行った。特に，Cuの酸化反応においては，導入する大気の圧力が500 Pa程度までは表面にCuOが生成するのに対し，5,000 Paにすると，表面付近にCuOを残したままで内部にCu2Oの領域が広がっていくという，特異な酸化過程を明らかにした。一方，厚さ200 nmのSi3N4膜に電極および触媒を蒸着し，真空と水溶液を仕切った状態で真空側からSi3N4膜を通して波長分散した軟X線を入射して，発生する蛍光X線を同じSi3N4膜を通して真空側の結像光学系で検出器上に結像することによって，電気化学反応中の電極表面をリアルタイム観察した。電位の掃引に伴い，酸素の吸収端において新たなピークが出現し，その強度が変化する様子を観察するとともに，Pt電極のみの場合と触媒として表面をCoで修飾した場合との違いを明らかにした。特にCoで修飾した場合には，電極反応に起因する電流が立ち上がる直前に特異なスペクトル構造が観測され，これが反応の前駆体になっていると推測される。また，前年度導入したCOMS検出器を用いて，10 Hzの偏光スイッチングに対応した測定に成功し，偏光依存性を含めたリアルタイム観察を実現した。