Røntgenfotoelektronspektroskopi under reelle omgivelsestrykforhold

Forskere ved Institute for Molecular Science (IMS), Innovationsforskningscenter for brændstofceller, University of Electro-Communications, Forskningscenter for materialevidenskab, Nagoya Universitet, og JASRI (Japan Synchrotron Radiation Research Institute), har forbedret et omgivende tryk fotoelektronspektroskopiinstrument ved hjælp af hårde røntgenstråler produceret ved SPring-8 og lykkedes med fotoelektronspektrometri under reelt atmosfæretryk for første gang i verden. Deres resultater er blevet offentliggjort online i Applied Physics Express .

Konventionel fotoelektronspektroskopi kan kun måle prøver under højt vakuum, mens mange katalytiske reaktioner forekommer under atmosfærisk tryk. Uoverensstemmelsen mellem resultaterne opnået ved forsøg under højt vakuum og den faktiske reaktionsmekanisme under atmosfærisk tryk, "trykgab, "har været et problem. I de senere år har for at udfylde dette hul, et apparat kaldet "omgivende tryk fotoelektronspektroskopi" er blevet udviklet, der muliggør måling under gasatmosfære. Imidlertid, den øvre trykgrænse for drift i et generelt fotoelektronspektrometer for omgivende tryk er cirka 5, 000 Pa. Selv apparatet med en i øjeblikket rapporteret verdens højeste ydelse har en grænse på 15, 000 Pa (ca. 0,15 atm), hvilket er omkring 1/7 af atmosfæretrykket (ca. 100, 000 Pa). Derfor, forskellige forskningsgrupper i verden har arbejdet på udviklingen af ​​fotoelektronspektroskopi, der opererer under højere gastryk.

Et problem ved måling ved hjælp af omgivende tryk fotoelektronspektrometer er "energiforfald" af fotoelektronerne, der udsendes fra prøven udsat for lys, som skyldes spredning forårsaget af gas. Dette begrænser målingens overtryk. "Vi lavede to forbedringer, "forklarer Yasumasa Takagi, en adjunkt i IMS. "Først, vi brugte hårde røntgenstråler, der har højere energi sammenlignet med bløde røntgenstråler og øget kinetisk energi af fotoelektronerne. Næste, vi skabte en ekstremt lille blænde på 30 μm i diameter (figur til venstre), som er en port, der accepterer fotoelektroner ind i spektrometeret. Dette gjorde det muligt at forkorte afstanden mellem prøven og blænde, dvs. afstanden til fotoelektron, der bevæger sig gennem gas, er forkortet. "Således er ved hjælp af guld tynd film som en prøve, forskergruppen lykkedes med fotoelektronspektroskopi under reelt atmosfærisk tryk, for første gang i verden (figur til højre).

Professor Toshihiko Yokoyama (IMS) har en vision om muligheder for fremtidige anvendelser af det nye fotoelektronspektrometer. "Vores apparat opnåede fotoelektronspektroskopi under reelt atmosfærisk tryk, hvilket udvidede sit anvendelsesområde betydeligt. Reaktioner mellem faststof og gas såsom katalytiske reaktioner og elektrodereaktioner i brændselsceller kan undersøges direkte under atmosfærisk tryk. Det kan også anvendes på biologiske prøver, der er skrøbelige under højt vakuum. I fremtiden, fotoelektronspektroskopi vil blive brugt til statsanalyse på forskellige forskningsområder. "