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

使用先进的波长色散软 X 射线吸收光谱对表面化学反应进行实时操作跟踪

• 批准号: 21H04678
• 负责人: 雨宮 健太
• 金额: $ 26.71万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04678/
• 关键词: 軟X線吸収分光; 波長分散型; リアルタイム観察; 化学反応; 表面化学反応; 電気化学反応; 偏光依存性

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。

In the presence of a maximum pressure of 0.1 Pa (10,000 Pa), the surface chemical reaction of a wavelength-dispersed X-ray absorption spectrometer in the soft X-ray field is observed. In addition, this method is used for deep resolution X-ray absorption spectroscopy (X-ray emission angle control, depth direction information acquisition method). In particular, Cu acidizing reaction is carried out at a pressure of 500 Pa at the surface, CuO is generated at a pressure of 5,000 Pa at the surface, CuO is residual at the surface, CuO is generated at a pressure of 5,000 Pa at the surface, CuO is residual at the surface, CuO is generated at a pressure of 5,000 Pa at a On the one hand, the Si3N4 film with a thickness of 200 nm has an electrode and catalyst evaporated, and the vacuum side of the Si3N4 film is transparent to the wavelength dispersion of the Si3N4 film. When soft X-rays are incident on the Si3N4 film, the X-ray generated by the Si3N4 film is transparent to the vacuum side of the junction optical system. Potential sweep, absorption of new elements in the case of Pt electrode and Co modification In particular, in the case of Co modification, the current caused by the electrode reaction is determined by the specific structure, and the precursor of the electrode reaction is estimated. In the past year, COMS detectors were used to measure the polarization dependence of 10 Hz.

项目成果

Real-time observation of surface chemical reaction by fluorescence-yield wavelength-dispersive soft x-ray absorption spectroscopy

荧光产率波长色散软X射线吸收光谱实时观察表面化学反应

• 发表时间: 2022
• 作者: Amemiya Kenta;Kaoruho Sakata;Suzuki-Sakamaki Masako
• 通讯作者: Suzuki-Sakamaki Masako

Development of fluorescence-yield wavelength-dispersive soft X-ray absorption technique with sub-second resolution for real-time observation of chemical reactions

开发亚秒分辨率的荧光产率波长色散软X射线吸收技术，用于实时观察化学反应

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Amemiya and K. Sakata

Real-time Observation during Photoelectrochemical Reactions of TiO2 by Wavelength-dispersive Soft X-ray Absorption Spectroscopy

波长色散软X射线吸收光谱实时观察TiO2光电化学反应过程

• 发表时间: 2022
• 作者: 沖本洋一;板谷 治郎;堀内 佐智雄;Toshihiko Yokoyama;岩井智弘，三浦佳子，澤村正也;SAITO Shinji;K. Sakata and K. Amemiya
• 通讯作者: K. Sakata and K. Amemiya

Real-time Observation of Surface Chemical Reactions by Fluorescence-yield Wavelength-dispersive Soft X-ray Absorption Spectroscopy with Polarization-dependent Measurements

通过荧光产率波长色散软 X 射线吸收光谱与偏振相关测量实时观察表面化学反应

• 发表时间: 2022
• 作者: SAITO Shinji;K. Amemiya and K. Sakata
• 通讯作者: K. Amemiya and K. Sakata

Real-time Observation of Cu Surface Oxidation with Depth-resolved Analysis by Wavelength-dispersive Soft X-ray Absorption Spectroscopy

通过波长色散软 X 射线吸收光谱进行深度分辨分析实时观察铜表面氧化

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Sakata and K. Amemiya