低速陽電子によるブラックチタニアの研究

利用慢正电子研究黑色二氧化钛

• 批准号: 20K03803
• 负责人: 松本 益明
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Gakugei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03803/
• 关键词: 二酸化チタン; 水素; 光触媒; 低速電子回折法; 光電子分光法; 核反応解析法; 陽電子

2022年度においては、まず、2021年度の実験においてフィラメント加熱により黒色化した実験結果の検証をおこなった。単結晶のTi02(110)試料について、試料を加熱しながら水素を導入する際に水素の圧力を変化させて黒色化を行い、撮影画像から黒色度を見積もったところ、水素の圧力が低くなるにつれて黒色度が低くなり、水素の導入を行わない場合には黒色化しないことがわかり、ブラックチタニアの作製水素の導入が必要であるという結論に至った。さらに黒色化後の表面を原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、表面の凹凸が、導入水素の圧力に依存して増大することがわかった。超高真空中で単結晶TiO2(110)試料をきちんと清浄し、低速電子回折法(LEED)により鋭い回折点が観察されることから高い周期性が表面に存在することを確認した後に水素を導入してフィラメントで解離させて表面に照射して黒色化したところ、試料の周期性が悪化してlEEDの回折点の強度が大幅に下がり、[1 -1 1]方向に回折点が連なるストリークが観察され、その向きの周期性が下がったことが分かった。さらに真空外に取り出さずに走査トンネル顕微鏡法(STM)を用いて表面の幾何学的構造を調べたところ、清浄なTiO2(110)面では[001]方向の1 nm 以下の凹凸を持つ原子列が観察されるのに対し、黒色化後の表面では数nm程度の強い凹凸が観察され、上のAFMによる観察結果と一致する結果が得られた。さらに、この試料を真空外に取り出し、修理の終了した光電子分光装置において、XPSの測定を行ったところ、Tiの2p軌道に関してはほとんど変化がなく、Oの1s軌道において、Oの２価の負イオンの存在を表すピークの高結合エネルギー側のピーク強度が若干し、OH基が形成されていると考えられ、STMやAFMの結果と対応していると考えている。

2022年，我们首次验证了2021年实验的结果，其中灯丝因灯丝加热而变黑。通过改变在加热样品的同时引入氢气时的氢气压力来使单晶TiO 2 (110)样品变黑，并且从捕获的图像估计黑度。发现黑度降低并且没有发生变黑。当不引入氢气时，得出结论：需要引入氢气来生产黑色二氧化钛。此外，当使用原子力显微镜(AFM)观察黑化表面时，发现表面粗糙度根据引入的氢的压力而增加。在超高真空中彻底清洁单晶 TiO2(110) 样品并使用低能电子衍射 (LEED) 观察到尖锐的衍射点时，确认表面上存在高周期性，然后引入氢气。用灯丝解离并辐照使表面变黑，样品的周期性变差，lEED衍射斑的强度显着下降，[1 -1观察到[1]方向的衍射点的条纹，发现该方向的周期性降低。此外，当在不将其从真空中取出的情况下使用扫描隧道显微镜（STM）研究表面的几何结构时，发现在干净的TiO2（110）表面上，原子阵列的不规则性小于1 nm。相反，黑化后的表面观察到了数纳米的强烈凹凸，该结果与上述AFM观察结果一致。此外，当将该样品从真空中取出并使用修复后的光电子能谱仪进行XPS测量时，Ti的2p轨道几乎没有变化，而O的1s轨道中，二价负峰强度代表离子存在的峰的高结合能侧的 稍高，这被认为表明 OH 基团的形成，并且被认为与 STM 和 AFM 结果相对应。

项目成果

原子状水素曝露したTiO2(110)表面の構造・電子状態と光触媒活性

暴露于原子氢的TiO2(110)表面的结构、电子态和光催化活性

• 发表时间: 2021
• 作者: 藤本将秀;松本益明;長塚直樹;山口友一;内田悠生;工藤昭彦;福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

Study of structure and photocatalytic activity of the black rutile TiO2(110) surface

黑色金红石TiO2(110)表面结构及光催化活性研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Masuaki Matsumoto;Masahide Fujimoto;Naoki Nagatsuka;Yuich Yamaguchi;Yusei Uchida;Akihiko Kudo and Katsuyuki Fukutani
• 通讯作者: Akihiko Kudo and Katsuyuki Fukutani

原子状水素照射により作製した水素化二酸化チタンの電子状態

原子氢辐照制备氢化二氧化钛的电子态

• 发表时间: 2020
• 作者: 藤本将秀;松本益明;長塚直樹;福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

原子状水素曝露によるTiO2(110)の表面構造変化と電子状態

原子氢暴露导致 TiO2(110) 表面结构和电子态的变化

• 发表时间: 2020
• 作者: 藤本将秀，松本益明;長塚直樹;福谷克之
• 通讯作者: 福谷克之

Cross section of 15N-2D nuclear reactions from 3.3 to 7.0 MeV for simultaneous hydrogen and deuterium quantitation in surface layers with 15N ion beams

3.3 至 7.0 MeV 的 15N-2D 核反应横截面，用于使用 15N 离子束同时定量表面层中的氢和氘

• DOI: 10.1016/j.nimb.2020.05.020
• 发表时间: 2020
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms
• 作者: Markus Wilde;Masuaki Matsumoto;Liang Gao;Thomas Schwarz-Selinger;Armin Manhard;Wolfgang Jacob
• 通讯作者: Wolfgang Jacob