共鳴核反応法と界面敏感分光法による二酸化チタン表面の水素拡散ダイナミクスの解明

使用共振核反应方法​​和界面敏感光谱阐明二氧化钛表面的氢扩散动力学

• 批准号: 21K14588
• 负责人: 長塚 直樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 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 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14588/
• 关键词: 表面; 和周波発生振動分光; 水分子; 水素結合; ステップ; プラチナ; 遷移金属酸化物; 水素; ポーラロン; 拡散

二酸化チタン表面上に吸着した水素による赤外分光の信号強度は微弱であることが報告されており，そのため先行研究例も少ない．和周波発生振動分光の信号強度は赤外分光の信号強度に比例するため，表面に吸着した水素を測定するためには高い効率で信号を得なければならない．そこで，和周波発生振動分光法の検出効率を向上させるためバランス検出の光学系を新たに構築し，アナターゼ型二酸化チタンと同じ対称性を持つPt(533)とPt(553)を対象として実験を行った．この二つの表面はそれぞれ，(100)と(111)ステップが周期的に配列しており，燃料電池における酸素還元反応の効率がPt単結晶面の中で最大付近を示すことが知られている．典型的な表面欠陥の一種であるステップが反応効率におよぼす影響を調べるために重要な表面であるといえる．先行研究では，Pt(533)のステップにおいて水分子は一次元鎖のジグザグ構造をとると予想されているが，一方でPt(553)では，1次元鎖のL字ワイヤー構造や二本鎖構造が提案されている．表面に吸着した水分子の被覆率を制御し，昇温脱離法とヘテロダイン和周波発生振動分光を行うことにより，ステップが吸着した水分子の水素結合ネットワークに与える影響を調べた．結果としてPt(533)とPt(553)では，先行研究で予想されていたように，それぞれジグザグ構造やL字ワイヤー構造を仮定したときに予想される和周波発生振動分光のスペクトルが得られたが，一方で理論計算には現れない表面に配向したOHをもつ水分子がステップ上で観測された．また，ステップに吸着した強い水素結合をもつ水分子が表面に形成される水分子ネットワーク全体の水素結合強度を底上げすることを見出した．これらは表面の水分子が関わる反応を微視的に考える上で重要な成果と考えられ，論文として成果を報告した．

The signal intensity of infrared spectroscopy is weak. The signal intensity of the cyclotron emission spectrum is proportional to the signal intensity of the infrared spectrum. Therefore, the detection efficiency of the harmonic vibration spectroscopy method has been improved for six months. With the new optical system for detection, the Anata-na-na type two-dimensional resonance and isotropy are maintained. Pt (533) and Pt(553) are the objects and implemented. The surface of the fuel cell is divided into two parts: (100) and (111), which are arranged in a periodic manner. The efficiency of the acid reduction reaction in the fuel cell is the maximum of the Pt single crystal plane. A typical surface defect is a reflection of the influence of the surface on the surface. In this paper, we first study Pt(533), Pt(553), Pt(553) and Pt(553). The absorption of water molecules on the surface is controlled by the temperature separation method and the vibration spectroscopy. The results show that Pt(533) and Pt(553) have been studied in advance, and the structure of the structure of the L character has been determined. The theoretical calculation shows that the surface alignment of OH molecules has been measured. The water molecules are bound to the surface by strong adsorption. The water molecules are bound to the surface by strong adsorption. The results of Weishi app are reported.

项目成果

ヘテロダイン検出和周波発生振動分光によるPt(533)表面における水分子一次元鎖の構造

外差检测和频发生振动光谱研究Pt(533)表面水分子一维链结构

• 发表时间: 2021
• 作者: Nagatsuka Naoki;Shibata Noboru;Muratani Toya;Watanabe Kazuya;柴田昂，長塚直樹，渡邊一也;木下絵里加，土屋維智彦，長塚直樹，渡邊一也;長塚 直樹，柴田 昂，渡邊 一也;長塚直樹,村谷統哉,柴田昂,渡邊一也;長塚直樹,村谷統哉,柴田昂,渡邊一也;長塚直樹,村谷統哉,柴田昂,渡邊一也
• 通讯作者: 長塚直樹,村谷統哉,柴田昂,渡邊一也

ヘテロダイン検出和周波発生振動分光によるPt(553)表面における水分子の吸着構造

外差检测和频发生振动光谱法研究Pt(553)表面水分子的吸附结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Nagatsuka Naoki;Shibata Noboru;Muratani Toya;Watanabe Kazuya;柴田昂，長塚直樹，渡邊一也
• 通讯作者: 柴田昂，長塚直樹，渡邊一也

Pt(533) 表面に形成される水分子一次元鎖構造の同位体依存性

Pt(533)表面形成的水分子一维链结构的同位素依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: Naoki Nagatsuka;Toya Muratani;Noboru Shibata and Kazuya Watanabe;長塚直樹,村谷統哉,土屋維智彦,柴田昂,渡邊一也
• 通讯作者: 長塚直樹,村谷統哉,土屋維智彦,柴田昂,渡邊一也

Hydroxyl Formation on Pt(553)

Pt(553) 上的羟基形成

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c02010
• 发表时间: 2023
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Nagatsuka Naoki;Kamibashira Shota;Shibata Noboru;Koitaya Takanori;Watanabe Kazuya
• 通讯作者: Watanabe Kazuya

Proton Configuration in Water Chain on Pt(533)

Pt(533) 上水链中的质子构型

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c01378
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry Letters
• 作者: Nagatsuka Naoki;Shibata Noboru;Muratani Toya;Watanabe Kazuya
• 通讯作者: Watanabe Kazuya