超高真空～準大気圧をつなぐ環境制御型AFMの開発と光触媒表面の欠陥の影響の検証

开发连接超高真空和低于大气压的环境控制 AFM，并验证缺陷对光催化剂表面的影响

• 批准号: 21K14534
• 负责人: 勝部 大樹
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2022)Nagaoka University of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14534/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 光触媒; 表面・界面物性; 水吸着構造

本研究は、光触媒材料表面の欠陥と光触媒反応の関係性、特に水吸着反応との関係を明らかにするため、超高真空から準大気圧まで雰囲気制御が可能な環境制御型原子間力顕微鏡を開発し、原子レベルで光触媒表面、水分子の吸着、吸着した水分子が構成する水膜と光触媒界面を観測し、その構造を明らかにすることを目的としている。全研究期間の2年目となる令和5年度は、研究代表者の所属機関の異動に伴い、装置の梱包、移設、再立ち上げ作業を行った。また、極低温走査型トンネル顕微鏡を用いた光触媒表面における光触媒反応の予備実験を行った。その詳細について以下にまとめる。(1) 当初計画では予定になかったが、研究代表者が所属の異動を行ったため、本年度は急遽本研究で用いる装置の移設、再立ち上げを行った。そのため、本来の計画で行うはずであった水雰囲気中での光触媒表面の原子分解能観測には至らなかった。移設した環境制御型AFMを用いた実験については、最終年度である次年度に行うことができるように移設後のメンテナンスを行っている段階である。(2)(1)の移設作業と並行して、既に稼働している極低温STMを用いて、光触媒表面における低曝露量の時の水分子の吸着構造の観測を行った。本実験の結果、安定して水が吸着している様子を原子スケールで観測することができ、吸着サイトに関する知見を得た。これをベースに光照射による光触媒反応の予備実験を行ったところ、水分子が反応し、別の吸着構造が観測できた。本予備観測により、実際に光触媒反応を観測できる可能性を見出した。

这项研究旨在阐明在光催化材料表面上的缺陷与光催化反应之间的关系，尤其是水吸附反应之间的关系，尤其是在水吸附反应之间发展的关系，以及环境控制的原子力量显微镜可以控制超高真空的超高度压力，以观察到光真空的超高压，以观察到半度性压力，并以半度性的影响，并可以控制水平，并可以观察到半度性地球上，并可以控制水面，并可以控制水平的效应。分子，并阐明原子水平上光催化膜和光催化界面的结构。在整个研究期的第二年，由于研究人员的机构转移，设备被包装，重新定位和重新开始。另外，使用低温扫描隧道显微镜在光催化剂表面上进行了光催化反应进行初步实验。详细信息在下面总结。 （1）尽管这没有在最初的计划中计划，但首席研究人员已转移到其隶属关系，今年，这项研究中使用的设备很快被移动和重新建立。因此，我们无法观察到水气氛中光催化剂表面的原子分辨率，该分辨率应该在原始计划中进行。使用搬迁环境控制的AFM使用的实验目前正在搬迁后进行维护，以便可以在明年（最后一年）进行。与（2）和（1）中的搬迁工作并行，我们使用已经在运行中运行的极冷的温度STM观察到在光催化剂表面低暴露水平的水分子的吸附结构。由于该实验，可以观察到原子量表上水的稳定吸附，并获得有关吸附位点的知识。以此为基础，通过光照射进行了初步实验，以进行光催化反应，并可以观察到水分子反应，并观察到另一个吸附结构。这种初步观察表明，实际上可以观察到光催化反应的可能性。

项目成果

ルチル型TiO2(110)-(1×2)表面の走査プローブ顕微鏡観測

金红石TiO2(110)-(1×2)表面的扫描探针显微镜观察

• 发表时间: 2023
• 作者: Katsube Daiki;Ohno Shinya;Takayanagi Shuhei;Ojima Shoki;Maeda Motoyasu;Origuchi Naoki;Ogawa Arata;Ikeda Natsuki;Aoyagi Yoshihide;Kabutoya Yuito;Kyungmin Kim;Linfeng Hou;Fengxuan Li;Tsuda Yasutaka;Yoshida Hikaru;Nishi Shizuka;Sakamoto Tetsuya;Inami Eiichi;勝部 大樹
• 通讯作者: 勝部 大樹

Restoration of Oxygen Vacancies on an Anatase TiO₂(001) Surface with Supersonic Seeded Oxygen Molecular Beam

超声种子氧分子束修复锐钛矿型 TiO₂(001) 表面氧空位

• DOI: 10.1380/vss.65.526
• 发表时间: 2022
• 期刊: Vacuum and Surface Science
• 作者: Kubo Osamu;Kinoshita Seijiro;Sato Hitoshi;Miyamoto Koji;Sugahara Ryuji;Endo Satoshi;Tabata Hiroshi;Okuda Taichi;Katayama Mitsuhiro;下山絢女，廣森慧太，中島伸夫，間瀬一彦，長谷川巧，小澤健一;勝部大樹，大野真也，稲見栄一，吉越章隆，阿部真之
• 通讯作者: 勝部大樹，大野真也，稲見栄一，吉越章隆，阿部真之

超音速酸素分子線を照射したアナターゼ型TiO2(001)表面のX線光電子分光測定

超音速氧分子束照射锐钛矿型TiO2(001)表面的X射线光电子能谱测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 勝部大樹;大野真也;高柳周平;尾島章輝;前田元康;折口直紀;小川新;池田夏紀;青栁良英;甲谷唯人;Kim Kyunming;侯林楓;李豊烜;津田泰孝;吉田光;西静佳;坂本徹哉;稲見栄一;吉越章隆;阿部真之
• 通讯作者: 阿部真之

X-ray photoelectron spectroscopy study of anatase TiO2(001) using oxygen supersonic seeded molecular beam

使用氧超音速种子分子束对锐钛矿型 TiO2(001) 进行 X 射线光电子能谱研究

• 发表时间: 2021
• 作者: D. Katsube;S. Ohno;S. Takayanagi;S. Ojima;M. Maeda;N. Origuchi;A. Ogawa;N. Ikeda;Y. Aoyagi;Y. Kabutoya;K. Kim;L. Hou;F. Li;Y. Tsuda;H. Yoshida;S. Nishi;T. Sakamoto;E. Inami;A. Yoshigoe;M. Abe
• 通讯作者: M. Abe

金属酸化物表面の高分解能AFM計測

金属氧化物表面的高分辨率 AFM 测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 勝部 大樹;阿部 真之
• 通讯作者: 阿部 真之