高感度反射吸収赤外分光法による反応条件下での新規モデル触媒上の表面吸着種の観察

使用高灵敏度反射吸收红外光谱观察反应条件下新型催化剂上的表面吸附物质

• 批准号: 08740442
• 负责人: 福井 賢一
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08740442/
• 关键词: 反射吸収赤外分光法; 表面反応; 表面吸着種; 触媒; モデル表面; その場観察; 振動分光; 固体表面

固体触媒表面上で反応機構を解明してゆく為には、キャラクタライズされた表面を用いて反応条件下で生じる微量の反応中間体や準安定な吸着種を高感度でとらえることが重要である。本研究の目的は、単結晶表面より実際の触媒に近いモデル触媒表面を用いて、高感度反射吸収赤外分光(RAIRS)法により反応条件下で表面吸収種をとらえることである。RAIRS法は反応条件下の吸収種のその場観察に有効な振動分光法で、金属表面上では高感度測定が可能であることが知られている。しかし、触媒の担体として用いられるSiO_2などの酸化物表面上では一般に感度が低く、モノレイヤー以下の吸収種のRAIRS測定は非常に困難である。本研究では、Si基板上にCVD法によりSiO_2(50nm)/W(70nm)/Si(100)なる構造をもつ試料を作製し、設計・製作を行ってきたRARIS装置を用いて測定を行った。SiO_2薄層の下にW金属層を埋め込んだこの試料を用いることで、SiO_2表面上に吸着した水酸基、メトキシ基について金属表面上の吸着種と同程度の感度でRAIRS測定が可能となることを明らかにした。さらに、このSiO_2上の表面水酸基について、同位体交換やメタノールとの反応によるメトキシ基生成といった反応過程についてのRAIRS測定にも成功した。また、このSiO_2(50nm)/W(70nm)/Si(100)表面上に金属塩を用いてspin coating法でCuを担持後、焼成、還元して粒径の揃ったCuクラスターを調製した。この表面上でもモノレイヤー以下の水酸基、メトキシ基、ギ酸イオンをRAIRSにより観測することに成功し、メタノール分解反応過程についての知見が得られつつある。

为了阐明固体催化剂表面上的反应机制，使用表面表面捕获痕量的反应中间体和可稳态的吸附物种，这些物种在反应条件下具有高灵敏度。这项研究的目的是使用高度敏感的反射吸收红外光谱（RAIRS）方法，使用模型催化剂表面捕获反应条件下的表面吸收物种。 Rairs方法是一种振动光谱法，可有效地在反应条件下观察吸收物种，并且已知能够在金属表面上进行高度敏感的测量。但是，在氧化物表面（例如SIO_2）上的灵敏度通常很低，SIO_2用作催化剂支持，而单层下方吸收的物种的缘故非常困难。在这项研究中，通过CVD方法在SI底物上制备了SIO_2（50nm）/W（70nm）/Si（100）结构的样品，并使用已设计和制造的RARIS设备进行了测量。通过将此样品与嵌入SIO_2薄层下方的W金属层一起使用，据揭示了可以用与SIO_2表面上吸附物种的敏感性相同的敏感性制成的。此外，对于SIO_2上的表面羟基，在反应过程中，RAIRS测量已成功，例如与甲醇的反应形成的同位素交换和甲氧基群形成。此外，通过使用金属盐在SIO_2（50 nm）/W（70 nm）/Si（100）表面上使用金属盐的旋涂来支持CU，然后凝固并还原以制备具有均匀粒径的Cu簇。在这种表面上，已经成功地观察到了使用RAIRE的单层下方的羟基，甲氧基组和甲酸酯离子，并且开始获得有关甲醇分解反应过程的知识。

项目成果

Hiroshi Onishi: "Molecularly resolved observation of anisotropic intermolecular force in a formate-ion monolayer on a TiO_2 (110) surface by scanning tunneling microscopy" Colloids and Surfaces A. 109. 335-343 (1996)

Hiroshi Onishi：“通过扫描隧道显微镜对 TiO_2 (110) 表面上的甲酸离子单层中的各向异性分子间力进行分子分辨观察”胶体和表面 A. 109. 335-343 (1996)

Hiroshi Onishi: "Temperature-Jumps STM Observation of Reaction Intermediate on Metal-Oxide Surfaces" Journal of Physical Chemistry. 100. 9582-9584 (1996)

Hiroshi Onishi：“金属氧化物表面反应中间体的温度跳跃 STM 观察”物理化学杂志。

Ken-ichi Fukui: "CO Adsorption and Oxidation on P (110) -c (2×4) -O by Reflection-Absorption Intrared Spectroscopy" Journal of Physical Chemistry. 100. 18795-18801 (1996)

Ken-ichi Fukui：“通过反射吸收红外光谱法对 P (110) -c (2×4) -O 进行 CO 吸附和氧化”物理化学杂志 100。18795-18801 (1996)