弾性表面波の動的格子変位効果を用いた固体触媒の特殊反応場

点击翻译按钮获取中文摘要

固体触媒の特殊反応場作用を設計することを目的とし、弾性表面波(SAW)の動的格子変位が酸化物薄膜の気体吸着と脱離作用に及ぼす効果を電気伝導度変化により調べた。Rayleigh-SAWおよびSH-LSAW発生用のSAW素子を作製し、その伝搬路にp型半導体であるNiO、あるいはn型半導体であるZnOを接合し、さらにその表面に電気伝導度測定用の四端子電極を取り付けて吸着用素子とした。ZnO表面へのエタノールおよび酸素吸着では、それぞれ伝導度の増加および減少が起こるが、SAW印加により吸着速度の増加および平衡時での伝導度変化の増加が起こること、NiOの酸素の吸着において、吸着速度はSAW印加電力に対しほぼ比例し、吸着速度の温度依存性により求めた活性化エネルギーがSAW印加の場合に低下することを見出した。酸素の吸着平衡圧に対する伝導度変化の解析により、酸素はNiO表面で解離吸着し、その量は印加電力に対しても増加することを示した。一方、酸素の脱離速度はSAW印加により著しく増加し、SAWは気体の吸着のみならず吸着種の脱離も促進する特徴を見出し、この相反する作用についてSAWの周期的な動的格子変位の機構にもとづいて説明した。SAWはZnOおよびNiO薄膜の電荷と強い相互作用をもつが、SAWの動的格子変位によって高電子密度と低電子密度のサイトが交互に現れ、吸着と脱離の両過程が促進されるモデルを提唱した。以上の結果より、SAW効果により酸化物表面の吸着・脱離作用を人為的に制御できることを示し、この効果はさらに触媒作用の制御可能な特殊反応場に発展できることを結論した。