Invesigation of charge states and catalytic reactions on metal oxide surfaces with nanostructures by AFM

令和4年度は、以下のような研究成果が得られた。１）原子間力顕微鏡観察が容易で、触媒機能の明らかな実用触媒の調製　原子間力顕微鏡による観察が容易な触媒材料を調製した。また、実際に触媒として機能中のものであることを明らかにするために、触媒機能の触媒化学的測定も行なった。ここで、金属酸化物材料としてはTiO2やCeO2を、ナノ構造体の構成原子としては金（Au）や白金（Pt）などを取り上げた。２）新方式のケルビンプローブ力顕微鏡の高感度化・高分解能化・高速化　表面の電荷量とバンド曲がり量を測定できるケルビンプローブ力顕微鏡の観察条件を最適化した。具体的には、静電気力の探針・試料間距離依存性を測定し、数値計算により、様々なカンチレバーの振動振幅に対する力の探針・試料間距離依存性を導出し、この距離依存性に対して最も信号・雑音比の良くなる振動振幅を求めた。３）金属酸化物表面の欠陥構造と電荷状態の解明　ナノ構造体の担持されていない金属酸化物表面の欠陥構造と電荷状態を解明した。ここで、表面の欠陥としては、表面から酸素が抜けた酸素空孔（Ov）欠陥やOv欠陥に水分子が化学吸着して生じたOH欠陥などを取り上げた。４）金属酸化物表面上の欠陥とナノ構造体の電荷移動現象の解明　金属酸化物表面において欠陥近傍に形成されたナノ構造体の電荷状態を解明した。具体的には、ナノ構造体の原子種や構造が、局所電荷状態にどのように影響するかを解明した。

令和4年度は、以下のような研究成果が得られた。１）原子間力顕微鏡観察が容易で、触媒機能の明らかな実用触媒の調製　原子間力顕微鏡による観察が容易な触媒材料を調製した。また、実際に触媒として機能中のものであることを明らかにするために、触媒機能の触媒化学的測定も行なった。ここで、金属酸化物材料としてはTiO2やCeO2を、ナノ構造体の構成原子としては金（Au）や白金（Pt）などを取り上げた。２）新方式のケルビンプローブ力顕微鏡の高感度化・高分解能化・高速化　表面の電荷量とバンド曲がり量を測定できるケルビンプローブ力顕微鏡の観察条件を最適化した。具体的には、静電気力の探針・試料間距離依存性を測定し、数値計算により、様々なカンチレバーの振動振幅に対する力の探針・試料間距離依存性を導出し、この距離依存性に対して最も信号・雑音比の良くなる振動振幅を求めた。３）金属酸化物表面の欠陥構造と電荷状態の解明　ナノ構造体の担持されていない金属酸化物表面の欠陥構造と電荷状態を解明した。ここで、表面の欠陥としては、表面から酸素が抜けた酸素空孔（Ov）欠陥やOv欠陥に水分子が化学吸着して生じたOH欠陥などを取り上げた。４）金属酸化物表面上の欠陥とナノ構造体の電荷移動現象の解明　金属酸化物表面において欠陥近傍に形成されたナノ構造体の電荷状態を解明した。具体的には、ナノ構造体の原子種や構造が、局所電荷状態にどのように影響するかを解明した。