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表面振動分光を基軸とした氷表面の不均一触媒作用の解明

基于表面振动光谱阐明冰表面的非均相催化作用

基本信息

批准号：
17J08352
负责人：
大槻友志
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08352/
关键词：
結晶氷ナノ粒子表面構造和周波分光氷表面分子構造 Rh(111)

项目摘要

結晶氷はオゾン層破壊の反応場として機能している。上空においては、氷は微粒子として存在しており、その熱力学的特性は、粒子サイズに依存することが知られている。特に、氷微粒子の表面に存在する疑似液体層は、大気中の化学反応に影響を与え、表面融解も粒子サイズに依存すると期待される。しかし、バルク氷の表面であっても、表面融解の開始温度は113-270 Kと論文によって異なる値が報告されており、真の表面融解温度については未だ議論の渦中にある。氷ナノ粒子の表面融解を研究する際には、さらに加えて、よく規定された氷微粒子を作製し、その表面特性を観測する必要がある。そこで、氷のような絶縁体の分子性固体の表面構造を非破壊で計測可能な、ヘテロダイン検出和周波発生振動分光(HD-SFG)を用いて研究を行った。試料は、超高真空槽内で作製したRh(111)清浄表面上に、同位体希釈HOD氷薄膜を蒸着させてナノ結晶氷を作製した。HOD分子の水素結合OH伸縮振動領域におけるHD-SFGスペクトルの粒子サイズ依存性を測定した。低波数側に正、高波数側に負の信号が観測された。SFGスペクトルの符号は分子配向を反映するため、正の信号は真空側を向いたOH、負の信号はバルク側を向いたOHに帰属される。OH波数は水素結合強度(水の分子間距離)が強いほど低波数になるので、下向きのOHの方が上向きのOHよりも分子間距離が長い、ランプリング構造が発現していることを示している。粒子サイズが小さくなるほど、ピーク波数差は大きくなる。したがって、粒子サイズが小さいほどランプリング振幅が大きくなり、構造乱れが大きくなることが明らかになった。特に、高さ1.4 nmの粒子は負のバンド幅が非常に大きい。このスペクトルは、結晶氷と液体水のHD-SFGスペクトルの線形結合で良く再現できる。したがって、ナノ粒子の表面が融解していると結論した。

The crystal layer is broken and the reflection field is changed. The thermodynamic properties of particles in the sky depend on the existence of particles. In particular, the presence of a suspected liquid layer on the surface of a particle is expected to be dependent on chemical reactions in the atmosphere. The temperature of the surface melting is 113-270 K. The temperature of the surface melting is not discussed. In order to study the surface melting of particles, it is necessary to improve the surface properties of particles. The surface structure of molecular solids in dielectric materials is studied by means of non-destructive measurement, detection and cyclic vibration spectroscopy (HD-SFG). Preparation of Rh(111) thin films on the surface of the sample by evaporation in an ultra-high vacuum chamber Determination of the dependence of HOD molecules on water binding OH stretching vibration domain Positive signals on the low wavenumber side and negative signals on the high wavenumber side are detected. The SFG symbol reflects the molecular alignment, positive signals, vacuum side, OH, negative signals, OH, etc. OH wavenumber and water element binding strength (water intermolecular distance) vary from strong to low wavenumber, from downward to upward to OH intermolecular distance, from upward to downward to structural occurrence. The particle size difference is small, the wave number difference is large. The particle size is small, the amplitude is large, the structure is large, and the particle size is small. The particle size of 1.4 nm is very large. The liquid water of HD-SFG is a good linear combination of crystal and liquid water. The surface of the particle melts.