2015S2-008
先端軟X線分光の融合による活性触媒の電子状態と反応活性に関する研究

Last modified 2022-09-22 by s-proposalpfiqst.kek.jp

●基本情報
　●実験責任者：近藤　寛（慶應大理工）
　●課題有効期間：2015/10〜2018/9
　●実験ステーション：13A/B
　●関連課題：2012S2-006（エネルギー変換材料の表面界面物性：VUV/SX放射光分光による研究）
　　　　　　　2009S2-007（有機分子−電極系の構造・電子状態と電荷移動ダイナミクス）

●課題の概要
　これまで我々は、BL-13で進めてきた先行S2課題において、軟X線を使った光電子分光（PES）、高分解能X線光電子分光（HR-XPS）および吸収端近傍X線吸収微細構造（NEXAFS）などの放射光分光を触媒表面の観測に適用することによって、触媒表面や吸着分子の構造や電子状態を解明する上で極めて有用な情報が得られることを明らかにしてきた。最近では、これらの手法に準大気圧X線光電子分光（NAP-XPS）が加わり、触媒反応が進行する表面を実作動条件に近い条件で直接観測することも可能になった。これによって、反応活性が高いときに触媒表面がどのような化学状態になっているかについても情報が得られるようになってきた。その一方で、新たな課題も浮上している。一つは、これまで主に単一成分のシンプルな単結晶をモデル触媒としてきたので、実際の触媒との間に大きな隔たりがある点であり、もう一つは、触媒の電子状態と反応活性との間の相関がほとんどの場合に不明なままになっている点である。そこで本研究では、実用触媒を意識したモデル触媒を導入または作製し、これまで我々が立ち上げてきたBL-13Bの三つのエンドステーション（PES、HR-XPS、NAP-XPS）を一つの触媒系に対して多面的・相補的に用いることによって、実在系により近い触媒の電子状態と反応活性の相関を明らかにすることができる新しい方法論を開拓することを目的とする。上記の三つのエンドステーションを融合して一つの解析ステーションとして有機的に用いるとともに、BL-13のアンジュレーター更新に伴って可能になった可変偏光性を活かし、準大気圧下で偏光NEXAFSを測定できるシステムを立ち上げることによって活性表面の解析能力を強化する。このように高度化された軟X線分光法を用い、具体的な触媒系として、代表的な不均一触媒であるCO₂活性化触媒、光触媒、排ガス浄化触媒の電子状態、吸着特性、反応活性を調べる。その際に、実在触媒の反応活性に影響を与えるものとしてこれまで長く指摘されてきた微粒子効果、合金化効果、担体効果、構造敏感性が触媒の電子状態とどのように関係しているかについて特に注意を払い、それが反応活性とどのように相関するかを明らかにする。このような研究を通して、触媒能発現の起源を明らかにするのに有用な軟X線分光によるアプローチを提案することを目指す。

●成果発表
　●論文

• "Materials Science Research by Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy Systems at Synchrotron Radiation Facilities in Japan: Applications in Energy, Catalysis, and Sensors"
  Susumu Yamamoto, Yasumasa Takagi, Takanori Koitaya, Ryo Toyoshima, Masafumi Horio, Iwao Matsuda, Hiroshi Kondoh, Toshihiko Yokoyama & Jun Yoshinobu
  Synchrotron Rad. News, 35 (2022) 19.
• "Ligand effects on surface oxide at RhPd(100) alloy surfaces: A density functional theory calculation study"
  Naoki Shirahata, Ryo Toyoshima, Masaaki Yoshida, Kohei Ueda, Kazuhiko Mase, Bongjin Simon Mun, Hiroshi Kondoh
  Surf. Sci., 716 (2022) 121958.
• "In situ AP-XPS study on reduction of oxidized Rh catalysts under CO exposure and catalytic reaction conditions"
  Ryo Toyoshima, Kohei Ueda, Yuki Koda, Hiroshi Kodama, Hirosuke Sumida, Kazuhiko Mase and Hiroshi Kondoh
  J. Phys. D: Appl. Phys. 54 (2021) 204005.
• "Formation and Behavior of Carbonates on Ag(110) in the Presence of Ethylene and Oxygen"
  Kazuhisa Isegawa, Kohei Ueda, Kenta Amemiya, Kazuhiko Mase, and Hiroshi Kondoh
  J. Phys. Chem. C, 125 (2021) 9032.
• "C–H Bond Activation of Methane through Electronic Interaction with Pd(110)"
  Takanori Koitaya, Atsushi Ishikawa, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu
  J. Phys. Chem. C, 125 (2021) 1368.
• "Structure and electronic structure of van der Waals interfaces at a Au(1 1 1) surface covered with a well-ordered molecular layer of n-alkanes"
  Hirotaka Mizushima, Harunobu Koike, Kenta Kuroda, Koichiro Yaji, Ayumi Harasawa, Yukiaki Ishida, Mitsuhiro Nakayama, Kazuhiko Mase, Kozo Mukai, Tatsuya Kitazawaa, Takeshi Kondo, Jun Yoshinobu, Shik Shin, Kaname Kanai
  Appl. Surf. Sci., 535 (2021) 147673.
• "Formation of BN-covered silicene on ZrB₂/Si(111) by adsorption of NO and thermal processes"
  Jun Yoshinobu1,a), Kozo Mukai, Hiroaki Ueda, Shinya Yoshimoto, Sumera Shimizu, Takanori Koitaya, Hiroyuki Noritake, Chi-Cheng Lee, Taisuke Ozaki, Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, and Yukiko Yamada-Takamura
  J. Chem. Phys., 153 (2020) 064702.
• "The roles of step-site and zinc in surface chemistry of formic acid on clean and Zn-modified Cu(111) and Cu(997) surfaces studied by HR-XPS, TPD, and IRAS"
  Yuichiro Shiozawa, Takanori Koitaya, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu
  J. Chem. Phys., 152 (2020) 044703.
• "Promotional Effect of La in the Three-Way Catalysis of La-Loaded Al₂O₃-Supported Pd Catalysts (Pd/La/Al₂O₃)"
  Yuan Jing, Zhengxu Cai, Chong Liu, Takashi Toyao, Zen Maeno, Hiroyuki Asakura, Satoru Hiwasa, Shuhei Nagaoka, Hiroshi Kondoh and Ken-Ichi Shimizu
  ACS Catal., 10 (2020) 1010
• "A Surface Science Approach to Unveiling the TiO₂ Photocatalytic Mechanism: Correlation between Photocatalytic Activity and Carrier Lifetime"
  Kenichi Ozawa, Susumu Yamamoto, Kazuhiko Mase, Iwao Matsuda
  e-J. Surf. Sci. Nanotechnol., 17 (2019) 130.
• "Formation of Carbonate on Ag(111) under Exposure to Ethylene and Oxygen Gases Evidenced by Near Ambient Pressure XPS and NEXAFS"
  Kazuhisa Isegawa , Kohei Ueda , Satoru Hiwasa , Kenta Amemiya , Kazuhiko Mase , and Hiroshi Kondoh
  Chem. Lett., 48 (2019) 159.
• "Hydrogen adsorption and absorption on a Pd-Ag alloy surface studied using in-situ X-ray photoelectron spectroscopy under ultrahigh vacuum and ambient pressure"
  Jiayi Tang, Susumu Yamamoto, Takanori Koitaya, Yuki Yoshikura, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, Iwao Matsuda, Jun Yoshinobu
  Appl. Surf. Sci., 463 (2019) 1161.
• "Element selective oxidation on Rh–Pd bimetallic alloy surfaces"
  Hiroshi Kondoh, Ryo Toyoshima, Naoki Shirahata, Asami Hoda, Masaaki Yoshida, Kenta Amemiya, Kazuhiko Mase and Bongjin Simon Mun
  Phys. Chem. Chem. Phys., 20 (2018) 28419.
• "Operando NAP-XPS Observation and Kinetics Analysis of NO Reduction over Rh(111) Surface: Characterization of Active Surface and Reactive Species"
  Kohei Ueda, Kazuhisa Isegawa, Kenta Amemiya, Kazuhiko Mase, and Hiroshi Kondoh
  ACS Catal., 8 (2018) 11663.
• "Correlation between Photocatalytic Activity and Carrier Lifetime: Acetic Acid on Single-Crystal Surfaces of Anatase and Rutile TiO₂"
  Kenichi Ozawa, Susumu Yamamoto, Ryu Yukawa, Ro-Ya Liu, Naoya Terashima, Yuto Natsui, Hiroo Kato, Kazuhiko Mase, and Iwao Matsuda
  J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 9562.
• "Initial gas exposure effects on monolayer pentacene field-effect transistor studied using four gallium indium probes"
  Shinya Yoshimoto, Ryosuke Miyahara, Yuki Yoshikura, Jiayi Tang, Kozo Mukai, Jun Yoshinobu
  Organic Electronics, 54 (2018) 34.
• "Systematic Study of Adsorption and the Reaction of Methanol on Three Model Catalysts: Cu(111), Zn–Cu(111), and Oxidized Zn–Cu(111)"
  Takanori Koitaya, Yuichiro Shiozawa, Yuki Yoshikura, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu
  J. Phys. Chem. C, 121 (2017) 25402.
• "Catalytic CO oxidation over Pd₇₀Au₃₀(111) alloy surfaces: spectroscopic evidence for Pd ensemble dependent activity"
  Ryo Toyoshima, Nana Hiramatsu, Masaaki Yoshida, Kenta Amemiya, Kazuhiko Mase, Bongjin Simon Mun and Hiroshi Kondoh
  Chemical Communications, 53 (2017) 12657.
• "Electronic states and growth modes of Zn atoms deposited on Cu(111) studied by XPS, UPS and DFT"
  Takanori Koitaya, Yuichiro Shiozawa, Yuki Yoshikura, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, Siro Torii, Fahdzi Muttaqien, Yuji Hamamoto, Kouji Inagaki, Yoshitada Morikawa, Jun Yoshinobu
  Surf. Sci., 663 (2017) 1.
• "Single-particle excitation of core states in epitaxial silicene"
  Chi-Cheng Lee, Jun Yoshinobu, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, Hiroaki Ueda, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, and Taisuke Ozaki
  Phys. Rev. B 95 (2017) 115437.
• "Operando Observation of NO Reduction by CO on Ir(111) Surface Using NAP-XPS and Mass Spectrometry: Dominant Reaction Pathway to N₂ Formation under Near Realistic Conditions"
  Kohei Ueda, Masaaki Yoshida, Kazuhisa Isegawa, Naoki Shirahata, Kenta Amemiya, Kazuhiko Mase, Bongjin Simon Mun, and Hiroshi Kondoh
  J. Phys. Chem. C 121 (2017) 1763.
• "CO Adsorption on Pd–Au Alloy Surface: Reversible Adsorption Site Switching Induced by High-Pressure CO"
  Ryo Toyoshima, Nana Hiramatsu, Masaaki Yoshida, Kenta Amemiya, Kazuhiko Mase, Bongjin Simon Mun, and Hiroshi Kondoh
  J. Phys. Chem. C 120 (2016) 416.