Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

Ru(001) / ESD / ESDIAD / 共吸着 / 表面反応 / 電子刺激脱離 / メタノール

本研究の目的は、固体表面において反応が進行している状態で表面吸着分子の配向や結合状態をリアルタイムで明らかにすることである。電子刺激脱離は固体表面上の吸着種を電子線により励起し、脱離するイオンを解析する手法であり、温度制御型電子刺激脱離イオン観測装置では連続的昇温及び定温条件により反応が進行している状態で観察できるところに特徴がある。この装置を用いて測定した表面反応ダイナミクスの例を研究発表論文(Reserach on Chemical Intermediates)において、発表した。この中では、Ru(001)上のCO-アンモニア共吸着系、CO-メチルアミン共吸着系、CO-アセチレン共吸着系について、本装置を適用した結果をまとめている。これらの共吸着系については、すでに、研究代表者により、電子回折、振動分光法により結果を報告しているが、本装置による測定によってアンモニアやメチルアミンの配向が共吸着により変化することと、CO吸着サイトが移行することが電子刺激脱離の面からも裏付けられた。次に、表面反応過程の例としてメタノールの解離過程を取り上げ、Surface Scienceにおいて発表された。Ru(001)表面に酸素原子を0.25ML吸着させて(2X2)構造を示している表面にメタノール(CH3OD)を吸着させた場合には200K以下でプロトンによる法線方向にくぼみがあるESDIADパターンが見られ、メトキシル基のC-O結合が表面に対して垂直であることに対応している。酸素原子が存在しないメタノール単独吸着の場合にはこのようなパターンは観測されず、前吸着酸素原子がメトキシル基の配向を規制していることがわかった。

ESDIAD / ESD / TOF / 表面反応 / Ru(001)

1. ESDIAD(電子刺激脱離イオン角度分布)は、固体表面上の吸着系に電子照射によって電子遷移を誘起し、化学結合が開裂して脱離するイオン角度分布を測定する手法である。本研究では表面反応が進行している状態をリアルタイムで観測する目的で、ESDIAD/TOF装置を製作した。脱離イオンの同定と並進エネルギー分布測定のためのTOF測定も可能である。この装置を用いてRu(001)上のアンモニアーCO共吸着系の昇温に伴う反応を観測した。これと並行して、研究対象の予備調査としてHREELSによるCu表面上の酸素吸着種を研究した。
2. ESDIAD/TOF装置は、パルス化が可能な電子銃と、4枚のグリッド及びMCPで構成されている。パルス電子ビーム(10μs幅)と、それに同期したパルス通電により、昇温、または定温でのESDIAD観測を可能にした。試料にはバイアス電圧を印加できる。MCPのスクリーンをSITビデオカメラで撮影し、脱離イオンの角度分布を記録する。脱離イオンのTOFは150nsの幅のパルス電子を入射して10nsの時間分解能でパルスカウンティングし、2kHzで繰り返し積算する。
3. Ru(001)上のCOとアンモニア共吸着系β-(2×2)-(NH_3+CO)/Ru(001)について100Kから500Kまで0.5K/Sで昇温しながら連続的にESDIAD像を観測した。TOF測定により、300KまではアンモニアからのH^+、400K以上はCOからのO^+、中間領域では両方のイオンが脱離していることが分かった。200K以下の表面法線方向がくぼんだH^+の脱離分布はβ^-吸着層に特有であり、COとの共吸着による配向変化を示している。350K以上では、CO単独吸着の場合とほぼ同じで、COの脱離を伴いながらの吸着サイト変化を反映している。