金属表面上の活性酸素による炭化水素の酸化

メタンは天然ガス中に豊富に含まれており、これを他の有用な炭化水素やアルコールなどに変換することは有効な資源利用と言う点からも強く望まれている。また、最も反応性に乏しい炭化水素であるメタンをいかに効率良く変換するかという点は学問的にも非常に興味深い問題である。このメタンの変換過程で最も重要と考えられるのがCH結合の活性化であり、本研究では、金属表面、ここでは特に白金表面という反応の場でメタンを光によって活性化することを試みた。気相中のメタンは160nmより短波長の真空紫外光によって光解離することが知られている。しかし、このような波長領域の強い光源を得ることは不可能ではないがあまり現実的ではない。一方、金属や半導体表面に吸着した分子が6eV程度以下の紫外光照射によって生成される光電子やホットな電子による解離性付着による解離を含む多彩な光化学的過程を引起こすことが最近知られるようになってきた。しかし、メタンのように物理吸着した分子種が6eV程度の紫外光照射によって解離性付着を引起こすためには、〜2eV以下の低い負イオン状態を有している必要がある。これに対して、気相中や金属表面に吸着した多層膜に存在するメタンは8eV以上のエネルギーを持つ電子によって解離性付着が引起こされることがわかっている。従って、上記のような光誘起過程を金属表面上で引起こすことは一見極めて困難に思える。それにもかかわらず、本研究ではPt(111)表面上に単分子層吸着したメタンが193nm(6.4eV)の光照射によって有効に解離し、水素原子とメチルラジカルの吸着種を生成することを昇温脱離、X線光電子分光によって明らかにすることができた。

メタンは天然ガス中に豊富に含まれており、これを他の有用な炭化水素やアルコールなどに変換することは有効な資源利用と言う点からも強く望まれている。また、最も反応性に乏しい炭化水素であるメタンをいかに効率良く変換するかという点は学問的にも非常に興味深い問題である。このメタンの変換過程で最も重要と考えられるのがCH結合の活性化であり、本研究では、金属表面、ここでは特に白金表面という反応の場でメタンを光によって活性化することを試みた。気相中のメタンは160nmより短波長の真空紫外光によって光解離することが知られている。しかし、このような波長領域の強い光源を得ることは不可能ではないがあまり現実的ではない。一方、金属や半導体表面に吸着した分子が6eV程度以下の紫外光照射によって生成される光電子やホットな電子による解離性付着による解離を含む多彩な光化学的過程を引起こすことが最近知られるようになってきた。しかし、メタンのように物理吸着した分子種が6eV程度の紫外光照射によって解離性付着を引起こすためには、〜2eV以下の低い負イオン状態を有している必要がある。これに対して、気相中や金属表面に吸着した多層膜に存在するメタンは8eV以上のエネルギーを持つ電子によって解離性付着が引起こされることがわかっている。従って、上記のような光誘起過程を金属表面上で引起こすことは一見極めて困難に思える。それにもかかわらず、本研究ではPt(111)表面上に単分子層吸着したメタンが193nm(6.4eV)の光照射によって有効に解離し、水素原子とメチルラジカルの吸着種を生成することを昇温脱離、X線光電子分光によって明らかにすることができた。