クロム酸化物表面における水分解―水素生成反応メカニズムの解明

水分解反応時の生成水素分子を振動・回転(核スピン)量子状態別に検出するために、多光子共鳴レーザー誘起蛍光法(RELIF)を用いた分子分光技術を新たに確立した。具体的には、RELIFの共鳴励起に必要なレーザー光源の波長を特定した。種々の圧力条件においてH2分子及びその同位体分子(HD,D2)について振動・回転量子状態別に蛍光寿命を測定し、その圧力依存性を明らかにした。これらの蛍光寿命を補正乗数として蛍光スペクトルの積分強度を補正することで、試料ガス中のH2,HD,D2分子の振動・回転状態分布(振動・回転温度)が測定可能であることが判明した。今回開発した、RELIFを用いた量子状態別分光法では、低真空以上の圧力領域での水素(中間流・粘性流)の検出・温度測定が可能となる。水分解-水素生成反応メカニズムを解明するには、反応の根底にある「試料表面-水分子間の相互作用」に関する知見が不可欠である。本研究では、容器型のセル試料内の水蒸気圧力の時間変化から、セル試料表面における水分子の吸着状態密度を測定する実験・解析手法を開発した。具体的には、表面サイトへの吸着がフェルミ統計に従うことに着目し、『容器内の粒子数収支(排気の方程式)』、『不均一な吸着サイトを持つ表面での一次の吸着・脱離反応のレート方程式』を出発点として、容器内の圧力変化から試料表面における水分子の吸着状態密度を導出する一連の関係式を導いた。その際、吸着・脱離の局所平衡状態を非摂動系に用いた摂動展開によって、吸着・脱離の局所平衡状態が成立しない一般の場合についても解析可能となった。

水分解反応時の生成水素分子を振動・回転(核スピン)量子状態別に検出するために、多光子共鳴レーザー誘起蛍光法(RELIF)を用いた分子分光技術を新たに確立した。具体的には、RELIFの共鳴励起に必要なレーザー光源の波長を特定した。種々の圧力条件においてH2分子及びその同位体分子(HD,D2)について振動・回転量子状態別に蛍光寿命を測定し、その圧力依存性を明らかにした。これらの蛍光寿命を補正乗数として蛍光スペクトルの積分強度を補正することで、試料ガス中のH2,HD,D2分子の振動・回転状態分布(振動・回転温度)が測定可能であることが判明した。今回開発した、RELIFを用いた量子状態別分光法では、低真空以上の圧力領域での水素(中間流・粘性流)の検出・温度測定が可能となる。水分解-水素生成反応メカニズムを解明するには、反応の根底にある「試料表面-水分子間の相互作用」に関する知見が不可欠である。本研究では、容器型のセル試料内の水蒸気圧力の時間変化から、セル試料表面における水分子の吸着状態密度を測定する実験・解析手法を開発した。具体的には、表面サイトへの吸着がフェルミ統計に従うことに着目し、『容器内の粒子数収支(排気の方程式)』、『不均一な吸着サイトを持つ表面での一次の吸着・脱離反応のレート方程式』を出発点として、容器内の圧力変化から試料表面における水分子の吸着状態密度を導出する一連の関係式を導いた。その際、吸着・脱離の局所平衡状態を非摂動系に用いた摂動展開によって、吸着・脱離の局所平衡状態が成立しない一般の場合についても解析可能となった。