金属の化学結合には予想以上に多くの原子が関与することを発見(Chemical Bonding on Metals Involves Surprisingly Many Atoms)

2026-10-30 韓国基礎科学研究院(IBS)

韓国の基礎科学研究院(IBS)量子ナノ科学センターとドイツのマックス・プランク多分野科学研究所などの国際研究チームは、金属表面における分子の化学結合が、結合部位から数nm以上離れた表面構造にも影響されることを明らかにした。規則的な原子ステップを形成した白金表面を用い、アンモニア(NH₃)、一酸化炭素(CO)、一酸化窒素(NO)の吸着エネルギーを測定した結果、隣接する原子ステップの間隔によって結合の強さが変化し、その影響範囲は分子ごとに異なり、アンモニアで約7 nm、一酸化炭素で約6 nm、一酸化窒素で約4 nmに達した。結合エネルギーの変化は最大0.2 eVだった。研究チームは分子軌道と金属の電子バンドを統合した理論モデルにより、この現象を説明した。成果は、金属内部に広がる電子状態が化学結合に広域的な影響を及ぼすことを示しており、数nm程度の金属ナノ粒子触媒の反応機構解明や触媒設計の高度化につながる。

金属の化学結合には予想以上に多くの原子が関与することを発見(Chemical Bonding on Metals Involves Surprisingly Many Atoms)
Figure 1. Ammonia molecule adsorbed onto platinum surface
Credit: Johannes Pauly / MPI for Multidisciplinary Sciences

<関連情報>

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Florian Nitz, Stefan Hörandl, Jonathan Pätzold, Alexander Kandratsenka, Theofanis N. Kitsopoulos, Daniel J. Auerbach , Alec M. Wodtke, and Dmitriy Borodin
Science  Published:29 Oct 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.aei5255

Abstract

Adsorbate bonding at metal surfaces requires hybridization of localized molecular orbitals with delocalized electronic bands of the metal; hence, the electronic wave function involved in bonding may extend far beyond the adsorption site. We revealed the consequence of this delocalization by determining the distance over which structural variations of the metal surface influence the molecule-metal bond strength. Velocity-resolved kinetics provided adsorption energies for three molecules bound at atomic steps of platinum (Pt), each exhibiting bond-strength changes of up to 0.2 electron volts as the step-step distance varied over 100 angstroms. We observed molecule-specific behavior reflecting the hybridization of molecule-specific orbitals with symmetry-selected orbital bands of the metal that respond differently to structural modifications of the solid. We discuss implications of these observations for adsorption on Pt nanoparticles.

0704表面技術
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