超高真空～準大気圧をつなぐ環境制御型AFMの開発と光触媒表面の欠陥の影響の検証

开发连接超高真空和低于大气压的环境控制 AFM，并验证缺陷对光催化剂表面的影响

• 批准号: 21K14534
• 负责人: 勝部 大樹
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2022)Nagaoka University of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14534/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 光触媒; 表面・界面物性; 水吸着構造

本研究は、光触媒材料表面の欠陥と光触媒反応の関係性、特に水吸着反応との関係を明らかにするため、超高真空から準大気圧まで雰囲気制御が可能な環境制御型原子間力顕微鏡を開発し、原子レベルで光触媒表面、水分子の吸着、吸着した水分子が構成する水膜と光触媒界面を観測し、その構造を明らかにすることを目的としている。全研究期間の2年目となる令和5年度は、研究代表者の所属機関の異動に伴い、装置の梱包、移設、再立ち上げ作業を行った。また、極低温走査型トンネル顕微鏡を用いた光触媒表面における光触媒反応の予備実験を行った。その詳細について以下にまとめる。(1) 当初計画では予定になかったが、研究代表者が所属の異動を行ったため、本年度は急遽本研究で用いる装置の移設、再立ち上げを行った。そのため、本来の計画で行うはずであった水雰囲気中での光触媒表面の原子分解能観測には至らなかった。移設した環境制御型AFMを用いた実験については、最終年度である次年度に行うことができるように移設後のメンテナンスを行っている段階である。(2)(1)の移設作業と並行して、既に稼働している極低温STMを用いて、光触媒表面における低曝露量の時の水分子の吸着構造の観測を行った。本実験の結果、安定して水が吸着している様子を原子スケールで観測することができ、吸着サイトに関する知見を得た。これをベースに光照射による光触媒反応の予備実験を行ったところ、水分子が反応し、別の吸着構造が観測できた。本予備観測により、実際に光触媒反応を観測できる可能性を見出した。

This study is aimed at clarifying the relationship between the surface of photocatalyst materials and photocatalyst reaction, especially the relationship between water adsorption and reaction, ultra-high vacuum, quasi-high pressure and gas control, and the possibility of environmentally controlled atomic force microscopy. The structure of the structure is different. During the whole study period, there will be changes in the organization of the study representative, packaging, relocation and re-establishment of the equipment. The preparation of photocatalyst reaction in the surface of photocatalyst for ultra-low temperature scanning The details of the following are as follows: (1)The original plan was to determine the change of the research representative, and this year, the rapid use of the research device was relocated and reestablished. The atomic decomposition energy of photocatalyst surface was measured in the original plan. The environment control AFM is used in the final year, the next year, and the next year. (2) The transfer operation of (1) is carried out in parallel with the measurement of adsorption structure of water molecules at very low temperature STM and low exposure on photocatalyst surface. The results of this study are as follows: In this case, the preparation of photocatalyst for light irradiation, water molecule reaction, and other adsorption structures are investigated. This paper presents the possibility of preparing and testing photocatalyst.

项目成果

ルチル型TiO2(110)-(1×2)表面の走査プローブ顕微鏡観測

金红石TiO2(110)-(1×2)表面的扫描探针显微镜观察

• 发表时间: 2023
• 作者: Katsube Daiki;Ohno Shinya;Takayanagi Shuhei;Ojima Shoki;Maeda Motoyasu;Origuchi Naoki;Ogawa Arata;Ikeda Natsuki;Aoyagi Yoshihide;Kabutoya Yuito;Kyungmin Kim;Linfeng Hou;Fengxuan Li;Tsuda Yasutaka;Yoshida Hikaru;Nishi Shizuka;Sakamoto Tetsuya;Inami Eiichi;勝部 大樹
• 通讯作者: 勝部 大樹

Restoration of Oxygen Vacancies on an Anatase TiO₂(001) Surface with Supersonic Seeded Oxygen Molecular Beam

超声种子氧分子束修复锐钛矿型 TiO₂(001) 表面氧空位

• DOI: 10.1380/vss.65.526
• 发表时间: 2022
• 期刊: Vacuum and Surface Science
• 作者: Kubo Osamu;Kinoshita Seijiro;Sato Hitoshi;Miyamoto Koji;Sugahara Ryuji;Endo Satoshi;Tabata Hiroshi;Okuda Taichi;Katayama Mitsuhiro;下山絢女，廣森慧太，中島伸夫，間瀬一彦，長谷川巧，小澤健一;勝部大樹，大野真也，稲見栄一，吉越章隆，阿部真之
• 通讯作者: 勝部大樹，大野真也，稲見栄一，吉越章隆，阿部真之

X-ray photoelectron spectroscopy study of anatase TiO2(001) using oxygen supersonic seeded molecular beam

使用氧超音速种子分子束对锐钛矿型 TiO2(001) 进行 X 射线光电子能谱研究

• 发表时间: 2021
• 作者: D. Katsube;S. Ohno;S. Takayanagi;S. Ojima;M. Maeda;N. Origuchi;A. Ogawa;N. Ikeda;Y. Aoyagi;Y. Kabutoya;K. Kim;L. Hou;F. Li;Y. Tsuda;H. Yoshida;S. Nishi;T. Sakamoto;E. Inami;A. Yoshigoe;M. Abe
• 通讯作者: M. Abe

超音速酸素分子線を照射したアナターゼ型TiO2(001)表面のX線光電子分光測定

超音速氧分子束照射锐钛矿型TiO2(001)表面的X射线光电子能谱测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 勝部大樹;大野真也;高柳周平;尾島章輝;前田元康;折口直紀;小川新;池田夏紀;青栁良英;甲谷唯人;Kim Kyunming;侯林楓;李豊烜;津田泰孝;吉田光;西静佳;坂本徹哉;稲見栄一;吉越章隆;阿部真之
• 通讯作者: 阿部真之

金属酸化物表面の高分解能AFM計測

金属氧化物表面的高分辨率 AFM 测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 勝部 大樹;阿部 真之
• 通讯作者: 阿部 真之