STMを用いたPd系合金の表面分析および触媒反応解析

様々な化学反応に使用される担持金属触媒では、二種、あるいは三種以上の金属を混合させた合金触媒の研究が盛んであり、高活性・高選択性や耐久性向上などの利点が数多く報告されている。しかし一方で、合金化することにより金属の性質がどのように変化し、それにより吸着する分子の性質がどのように変化するのか、といった根本的な疑問に対する原子・分子レベルでの基礎的知見はいまだ十分ではない。そこで本研究では、金属表面および吸着分子の原子・分子レベルの測定・解析が可能である走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、合金表面の特性を解明することを目標とした。2022年度は、研究の第一段階としてPd単結晶表面での検討を進めた。まず、新規に購入したPd単結晶基板をArイオンスパッタリングおよびアニーリングにより清浄化する条件を探索した。そして得られたPd単結晶基板でのSTM観測を行い、表面の不純物が無視できるほど少ないことを確認した。次に、プローブ分子としてCO分子を基板に吸着させた。CO分子はチャンバー内にバリアブルリークバルブから微量導入し、基板上で分子が孤立して存在していることを確認した。CO分子が基板上に吸着している場所でPdの原子像の取得に成功し、COの吸着サイトを特定することができた。さらに、電圧値の大きさを変化させながらパルスを印加して、トンネル電子が引きおこすCOの反応挙動を評価した。来年度は合金表面表面での検討を行うことで、合金化による金属電子状態の変化および分子の吸着性の変化を、原子・分子レベルで評価していく。

様々な化学反応に使用される担持金属触媒では、二種、あるいは三種以上の金属を混合させた合金触媒の研究が盛んであり、高活性・高選択性や耐久性向上などの利点が数多く報告されている。しかし一方で、合金化することにより金属の性質がどのように変化し、それにより吸着する分子の性質がどのように変化するのか、といった根本的な疑問に対する原子・分子レベルでの基礎的知見はいまだ十分ではない。そこで本研究では、金属表面および吸着分子の原子・分子レベルの測定・解析が可能である走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、合金表面の特性を解明することを目標とした。2022年度は、研究の第一段階としてPd単結晶表面での検討を進めた。まず、新規に購入したPd単結晶基板をArイオンスパッタリングおよびアニーリングにより清浄化する条件を探索した。そして得られたPd単結晶基板でのSTM観測を行い、表面の不純物が無視できるほど少ないことを確認した。次に、プローブ分子としてCO分子を基板に吸着させた。CO分子はチャンバー内にバリアブルリークバルブから微量導入し、基板上で分子が孤立して存在していることを確認した。CO分子が基板上に吸着している場所でPdの原子像の取得に成功し、COの吸着サイトを特定することができた。さらに、電圧値の大きさを変化させながらパルスを印加して、トンネル電子が引きおこすCOの反応挙動を評価した。来年度は合金表面表面での検討を行うことで、合金化による金属電子状態の変化および分子の吸着性の変化を、原子・分子レベルで評価していく。