A. Kuzume, M. Ozawa, Y. Tang, Y. Yamada, N. Haruta, K. Yamamoto
Sci. Adv. 2019, 5, eaax6455.
サブナノメートルの金属クラスターは、次世代材料として革新的な応用を示唆する異常な触媒活性を示すが、従来の分析方法では信号強度が極めて弱いため、これらのサブナノ材料を原子レベルで特定および特徴付けることは大きな課題である。ここでは、表面増強ラマン分光法に基づいて確立されたサブナノ感度の振動技術を報告し、サブナノ材料の詳細な振動特性評価を初めて実現した。さらに、密度汎関数理論計算と組み合わせることで、スズ酸化物サブナノクラスターの固有の表面構造が、これらのクラスターのサイズ特有のスペクトルおよび触媒特性を決定することを明らかにする。ここで詳述された高感度の特性評価方法は、触媒、バイオセンサー、電子機器などの実用的な応用のために、サブナノ材料の化学的および構造的性質を包括的に理解し、原子スケールでの合理的な設計を促進することができる。
Ultrahigh sensitive Raman spectroscopy for subnanoscience: Direct observation of tin oxide clusters
Subnanometric metal clusters exhibit anomalous catalytic activity, suggesting innovative applications as next-generation materials, although identifying and characterizing these subnanomaterials in atomic detail remains a substantial challenge because of the severely weak signal intensity for the conventional analytical methods. Here, we report a subnanosensitive vibrational technique established based on the surface-enhanced Raman spectroscopy, demonstrating the first-ever detailed vibrational characterization of subnanomaterials. Furthermore, combining with density functional theory calculations, we reveal that inherent surface structures of the tin oxide subnanoclusters determine the size-specific spectral and catalytic characteristics of these clusters. The high-sensitivity characterization methodology elaborated here can provide a comprehensive understanding of the chemical and structural natures of subnanomaterials, which facilitate the rational design of subnanomaterials on the atomic scale for practical applications, such as in catalysts, biosensors, and electronics.