国家創科儀

国創科儀の研究開発チームは20年近くの大科学装置X線分光研究経験に基づいて、高品質のX線、優れたエネルギー分解能及び超精密な連動スキャンシステムにより、ユーザーに同期放射線XAFSに匹敵する実験データを提供したデスクトップX線吸収分光計SuperXAFSシリーズ製品を発売した。

▲UOF-TPPのEXAFSキャラクタリゼーション結果

原子力は、その高エネルギー密度と低炭素汚染のため、有効な代替エネルギーと見なされている。しかし、原子力の持続可能な発展は依然としてウラン不足とサプライチェーン不足の深刻な制約を受けている。そのため、古いまたは新しい源からウランを分離する研究を展開することは重要な意義がある。東華理工大学羅峰チームその場でπ−共役を形成する有機配位子とウランを2次元ウラン有機骨格構造に結合させてウランの分離を実現することを提案した。

研究では5種類の有機配位子をスクリーニングし、SuperXAFS卓上X線吸収分光器を利用して高品質のウランL辺EXAFSデータを獲得し、微細なスペクトルフィッティングを通じてウランの配位構造を定量的に解析し、1、3、5-トリホルミル基（H 3 TFP）がウラン-有機骨格上の優れた配位子を構築する原因はウランがH 3 TFPと安定した平面配位子構造を形成できることであり、その中で結合長が短いのはUO 2の2つのU=O結合であり、結合長が長いのはウランとH 3 TFPが形成した6つの平面U-O結合であることを発見した。この選択的に安定な配位構造により、H 3 TFPは溶液中のウランに対してすべての吸着を実現することができる。

▲MPc（M＝Fe、Co、Ni）のEXAFSキャラクタリゼーション結果（破線は試験結果、赤線はフィッティング結果）

電気化学的二酸化炭素還元反応は大気中の過剰二酸化炭素をギ酸塩、エチレン、エタノールなどの付加価値製品に変換する潜在力がある。しかし、これまで、二酸化炭素を効率的に活性化し、炭素鎖を持続的に成長させることができる電気触媒が不足しているため、反応生成物の選択性は制限されており、その中で生成物の炭素含有数は最大で4までである。電気化学的直列反応による二酸化炭素から多価炭素生成物の合成は重大な意義がある。復旦大学鄭耿峰教授チームSuperXAFS卓上X線吸収分光器を用いて、高品質のEXAFSスペクトル試験により金属フタロシアニン（MPc）材料の局所配位構造を研究した。

研究により、MPc（M＝Fe、Co、Ni）材料は［MN 4］の配位構造を呈し、この構造によりNiPc材料は臭素含有電解液中でエチレンを2−臭素エタノールに酸化し、反応の対極ではFePcにより亜硝酸イオンをアンモニアに還元し、さらに2−臭素エタノールと反応してトリエタノールアミンを生成することが分かった。そして、この反応とCO 2をエチレンに還元する反応を組み合わせることでCO 2を六炭素化合物に還元することができる。

▲溶融塩電気エッチング前後のXANES特性評価結果

MXene材料はその二次元層状構造、高導電性と親水性表面により、近年エネルギー貯蔵と変換の分野で注目されている。現在、二次元MXeneの一般的な製造方法はフッ酸又はフッ化物−塩酸溶液エッチング法であり、材料の導電性に影響を与える−F官能基を常に導入している、近年報告されているルイス溶融塩エッチング法はMXene中に金属雑誌が残ることは避けられず、後続の応用や表面改質の過程で酸化性酸除去を採用しなければならない。上海応用物理研究所王建強研究員チーム溶融塩電気エッチング方法（MS−E−etching）を開発し、二次元層状材料Ti 3 C 2 Tx（T＝O、S）を製造し、そしてSuperXAFS卓上X線吸収分光器の助けの下で、精密なTi K辺XANES試験を通じて、溶融塩電気エッチングの反応メカニズムについて研究を行った。

試験の結果、Ti 3 C 2 Txのピーク位置はTi 3 AlC 2より明らかに高エネルギー方向にシフトし、反応中にTiが酸化されることを証明した、一方、スペクトル構造上の分析から、2つのサンプルのピークの近辺特徴は近いが、Ti foil及びTiO 2とは大きな差があるため、溶融塩電気エッチング前後のTiの局所構造は一致していることが証明された。スペクトル結果から、溶融塩の電気エッチングのメカニズムは、Ti 3 AlC 2相酸化中にTi−Al結合がTi−C結合より弱いため、Al原子が溶融塩中のCl−と選択的に結合してAlCl 3を形成することであると推測される。450℃でのAlCl 3の揮発は、Al原子の外部拡散に動力を提供する。この系にLi 2 O/Li 2 Sを添加し続け、高温での官能基の置換反応を利用して–O/–Sなど多くの官能基を含むMXeneを得た。ここで、−O官能基修飾Ti 3 C 2は1 MH 2 SO 4溶液中で優れた電気化学特性を示した。