表面科学：表面の触媒活性部位を機器で直接特定する

不均一系触媒は、化学産業とエネルギー産業の約80％の工程に関わっており、その活性は、反応中間体と最適な結合を形成する特定の表面部位の電子構造によって決まる。従って、反応中にこうした部位を直接特定してモニターすれば、実用を目標とした不均一系触媒や電極触媒といった、電気化学反応に関与する触媒の開発に役立つ可能性がある知見が得られるはずである。走査型トンネル顕微鏡（STM）と電気化学STMの発明によってそうした撮像能力の実現が期待され、実際、いずれのSTMも不均一系触媒反応の原子論的理解に大きく貢献してきた。ところが、STMは表面反応の精査や開始に用いられ、いくつかの系において反応性の局所測定も可能にしたが、一般的には、反応条件下での表面の触媒活性部位の直接特定に適しているとは考えられていない。これに対し、今回我々は、一般的なSTMで表面の触媒活性を高い空間分解能で容易にマッピングできることを実証する。トンネル電流雑音の相対的変化のモニタリングによって、水素生成反応や酸素還元反応を触媒する能力に応じて、活性部位をほぼ定量的に識別できることが示された。こうしたデータによって、触媒活性全体に対するさまざまな欠陥や2材料間の境界部位の重要性と相対的寄与の直接評価が可能になる。我々は、今回の手法が、そうした情報をもたらすとともにさまざまな系に適用しやすいことから、不均一系触媒の合理的設計に役立つと予想する。

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