SEARCH

Search Details

Takakusagi Satoru

Institute for Catalysis Catalyst Structure Research DivisionProfessor

Researcher basic information

■ Nickname etc.
  • 北海道大学
■ Degree
  • Doctor(Science), The University of Tokyo
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • その場/オペランド計測
  • X線吸収分光法
  • 表面X線散乱
  • 走査プローブ顕微鏡
  • 電極表面科学
  • 触媒表面科学
Research Field
  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering), Catalyst and resource chemical process
  • Nanotechnology/Materials, Thin film/surface and interfacial physical properties
  • Nanotechnology/Materials, Functional solid state chemistry
  • Nanotechnology/Materials, Fundamental physical chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2026 - Present
    Nagoya University, Graduate School of Science, 客員教授, Japan
  • Apr. 2023 - Present
    Hokkaido University, Institute for Catalysis, Professor, Japan
  • Oct. 2015 - Mar. 2023
    Hokkaido University, Institute for Catalysis, Associate professor, Japan
  • Apr. 2008 - Sep. 2015
    Hokkaido University, Catalysis Research Center, 准教授
  • Apr. 2007 - Mar. 2008
    Hokkaido University, 大学院理学研究科, 助教
  • Sep. 2002 - Mar. 2007
    Hokkaido University, 大学院理学研究科, 助手
  • Apr. 2001 - Sep. 2002
    日本学術振興会特別研究員(DC2)
Educational Background
  • Apr. 2000 - Sep. 2002, 東京大学大学院, 理学系研究科, 化学専攻(博士), Japan
  • Apr. 1998 - Mar. 2000, 東京大学大学院, 理学系研究科, 化学専攻(修士), Japan
  • Apr. 1994 - Mar. 1998, The University of Tokyo, Faculty of Science, Department of Chemistry, Japan
Committee Memberships
  • Oct. 2025 - Present
    触媒学会 先端放射光活用研究会, 世話人代表
  • Apr. 2024 - Present
    日本表面真空学会, 協議員, Society
  • May 2023 - Present
    触媒学会 企画・教育委員会, 委員, Society
  • Apr. 2013 - Present
    日本表面科学会(現 日本表面真空学会)東北・北海道支部会幹事, Society
  • Apr. 2010 - Present
    日本化学会正会員, Society
  • Apr. 2003 - Present
    電気化学会北海道支部幹事, Society
  • Mar. 2022 - Mar. 2024
    日本化学会北海道支部, 庶務幹事, Society
  • Jul. 2021 - Apr. 2022
    触媒学会 次世代放射光ワーキンググループ, 委員, Society
  • Mar. 2018 - Mar. 2020
    電気化学会編集委員, Society
  • Apr. 2015 - Mar. 2018
    触媒学会北海道地区オーロラ委員, Society
  • Apr. 2015 - Dec. 2017
    日本XAFS研究会 企画幹事, Society
  • Apr. 2015 - Mar. 2017
    日本表面科学会(現 日本表面真空学会)東北・北海道支部会計幹事, Society
  • Apr. 2013 - May 2014
    触媒学会総務委員会委員, Society
  • Apr. 2012 - May 2014
    触媒学会討論会委員会委員, Society

Research activity information

■ Awards
  • 2025, 日本表面真空学会, 日本表面真空学会フェロー
    「その場/オペランド表面科学計測による表面反応プロセスの原子レベル可視化と機構解明」
    高草木 達
  • 2021, 日本表面真空学会, 日本表面真空学会論文賞
    城戸大貴;上村洋平;三輪寛子;高草木達;朝倉清高
  • 2017, American Vacuum Society, VTD Shop Note Awards
    Yoshihide Watanabe;Yusaku F. Nishimura;Ryo Suzuki;Hiromitsu Uehara;Tomoyuki Nimura;Atsushi Beniya;Noritake Isomura;Kiyotaka Asakura;Satoru Takakusagi
  • 2015, BCSJ(日本化学会欧文誌)賞
    Tao Ma;Kotaro Miyazaki;Hiroko Ariga;Satoru Takakusagi;Kiyotaka Asakura
  • 2015, 北海道大学研究総長賞奨励賞
    高草木 達
  • 2014, 日本化学会北海道支部奨励賞
    高草木 達
  • 2010, 日本化学会, 第90春季年会 「若い世代の特別講演会」証
    高草木 達
  • 2008, The Best Poster Prize (ISSS-5)
    Satoru Takakusagi
  • 2008, 日本化学会, 第88春季年会優秀講演賞(学術)
    高草木 達, Japan
  • 2000, Student Poster Award(PACIFICHEM 2000)
    Satoru Takakusagi
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • Foundations and applications of XAFS 2nd Edition
    高草木達, 5.7.1 偏光全反射蛍光XAFS(PTRF-XAFS)法
    講談社, Aug. 2025, 9784065404867, x, 357p, Japanese, [Contributor]
  • 触媒総合事典
    高草木達, 4-26 走査型トンネル顕微鏡(STM)・原子間力顕微鏡(AFM)
    朝倉書店, Feb. 2023, 9784254252743, xiv, 530p, 図版 [4] p, Japanese, [Contributor]
  • Nanoinformatics
    Ichigaku Takigawa; Ken-ichi Shimizu; Koji Tsuda; Satoru Takakusagi, Machine Learning Predictions of Factors Affecting the Activity of Heterogeneous Metal Catalysts
    Springer Singapore, 2018, [Contributor]
  • XAFSの基礎と応用
    高草木 達; 朝倉 清高, 4.7.1 全反射XAFS
    講談社サイエンテフィク, Jul. 2017, [Contributor]
  • X-ray and Neutron Techniques for Nanomaterials Characterization
    Wang-Jae Chun; Satoru Takakusagi; Yohei Uemura; Kyoko Bando; Kiyotaka Asakura, X-Ray Absorption Fine Structure Analysis of Catalytic Nanomaterials,pp 609-664
    Springer Berlin Heidelberg, Dec. 2015, [Joint work]
  • 現代界面コロイド科学の事典
    高草木 達, 界面の一分子計測
    丸善, May 2010, [Contributor]
  • 翻訳 応用界面・コロイド化学ハンドブック
    高草木 達; 魚崎 浩平, 第6章 自己組織化単分子層-金上のアルカンチオール
    (株)エヌ・ティー・エス, 2006, [Contributor]
■ Lectures, oral presentations, etc.
  • 偏光全反射蛍光 XAFS法による表面反応プロセスのその場/オペランド計測
    高草木達; 魯邦
    日本分析化学会第74年会, 24 Sep. 2025, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited]
  • その場計測に基づくプラズマ触媒反応の基礎学理解明
    高草木達; 魯邦
    第86回応用物理学会秋季学術講演会, 08 Sep. 2025, Invited oral presentation
    [Invited]
  • パーシステントホモロジーと自己相関解析を用いたSTM像からの吸着種間相互作用の抽出
    高草木達
    2025年度NIFS一般共同利用研究課題(研究会)「数理科学・プラズマ科学・原子分子科学・物質科学の共通研究拠点形成」, 16 Jun. 2025, Nominated symposium
    [Invited]
  • 触媒反応の原子レベル可視化と圧力ギャップフリー触媒表面科学の確立
    高草木達
    岩澤コンファレンス2025「持続可能な社会をささえる最先端サイエンス」, 07 Jun. 2025, Nominated symposium
    [Invited]
  • Development of in situ/operando surface science techniques to bridge the pressure gap in UHV surface chemistry and catalysis
    Satoru Takakusagi
    Joint FHI-ICAT Symposium, 08 Nov. 2024, English, Nominated symposium
    [Invited]
  • Atomic-level visualization of surface catalytic reactions by in situ/operando surface science techniques
    Satoru Takakusagi
    The 12th Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia (VASSCAA-12), 14 Oct. 2024, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • その場/オペランド表面科学計測による触媒反応プロセスの原子レベル可視化
    高草木達
    日本物理学会第79回年次大会, 16 Sep. 2024, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 単結晶モデル表面を用いた触媒反応プロセスの原子レベル可視化
    高草木達
    ナノ学会第22回大会, 23 May 2024, Japanese, Invited oral presentation
    22 May 2024 - 24 May 2024, [Invited]
  • 触媒材料開発における先端計測とマテリアルズ・インフォマティクス:現状と課題
    高草木達
    NIFS研究会「数理科学・プラズマ科学・物質科学の共通研究拠点形成 」, 20 May 2024, Japanese, Nominated symposium
    20 May 2024 - 21 May 2024, [Invited]
  • 不均一な構造を有する触媒材料における構造・活性相関の評価:単結晶モデル触媒を用いたアプローチ
    高草木達
    2023年度量子ビームサイエンスフェスタ, 06 Mar. 2024, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 放射光と表面科学を用いた触媒活性点の原子レベル構造解析
    高草木達
    北海道大学触媒科学研究所・立命館大学SRセンター共催シンポジウム「触媒科学と放射光-Soft~Tender X線の新たな展開」, 26 Jan. 2024, Japanese, Nominated symposium
    [Invited]
  • Development of synchrotron X-ray and surface science techniques for characterizing plasma catalysis
    Satoru Takakusagi
    2023 Australia-Japan Symposium on Plasma Catalysis, 23 Nov. 2023, English, Nominated symposium
    23 Nov. 2023 - 24 Nov. 2023, [Invited]
  • Dynamic Behavior of Intermediate Adsorbates to Control Activity and Product Selectivity in Heterogeneous Catalysis: Methanol Decomposition on Pt/TiO2(110)
    Satoru Takakusagi
    MIRAI 2.0(日本・スウェーデンMIRAIプロジェクト) Research and Innovation Week 2023 Materials Science TEG, 14 Nov. 2023, English, Invited oral presentation
    13 Nov. 2023 - 17 Nov. 2023, [Invited]
  • 不均一な構造を有する固体触媒の放射光を用いた構造解析:不均一性への挑戦
    高草木達
    第132回触媒討論会, 13 Sep. 2023, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Atomic-level visualization of surface catalytic reactions by in situ/operando surface science techniques
    Satoru Takakusagi
    ICAT-FHI Symposium: Approaching to the Catalysis Reality, 11 Sep. 2023, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • その場/オペランド表面科学計測による触媒反応の原子レベル可視化
    高草木達
    第452回触媒科学研究所コロキウム, 05 Jun. 2023, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 圧力ギャップフリー触媒表面科学を目指して:現状と課題
    高草木達
    触媒科学計測共同研究拠点ミニシンポジウム「超高速データ駆動科学と先端計測技術の融合による触媒科学イノベーション」, 30 Mar. 2023, Japanese, Nominated symposium
    [Invited]
  • オペランド偏光全反射蛍光XAFS法による触媒動作中の活性点三次元構造解析
    高草木達
    第12 回 岩澤コンファレンス「 サステナブル社会のための触媒化学・表面科学の最前線 」, 29 Mar. 2023, Japanese, Nominated symposium
    [Invited]
  • 偏光XAFSと単結晶モデル表面を用いた触媒活性点のオペランド三次元構造解析
    高草木達
    触媒学会界面分子変換研究会ワークショップ『固体触媒の活性構造を知る』, 28 Nov. 2022, Japanese, Invited oral presentation
    28 Nov. 2022 - 28 Nov. 2022, [Invited]
  • Unraveling 3D structure of active metal sites on catalyst surfaces under working conditions by operando PTRF-XAFS technique
    Satoru Takakusagi
    MIRAI 2.0(日本・スウェーデンMIRAIプロジェクト) Research and Innovation Week 2022 Materials Science TEG, 16 Nov. 2022, English, Keynote oral presentation
    [Invited]
  • Elucidation of Precise 3D Structure-Activity Relationship in Heterogeneous Catalysis by Operando PTRF-XAFS Technique
    Satoru Takakusagi
    IMS-ICAT Joint Symposium: Surface Science for Catalysis, 11 Oct. 2022, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Operando PTRF-XAFS technique for precise 3D structure determination of active metal sites in heterogeneous catalysis
    Satoru Takakusagi
    ICAT-FHI Symposium: New Dimension of Catalytic Surface Study, 16 Sep. 2022, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Development of operando PTRF-XAFS technique for precise 3D structure determination of active metal sites in heterogeneous catalysis
    Satoru Takakusagi
    International Symposium on Next Generation Synchrotron Radiation Facility Utilization for Catalysts Characterization as Post Symposium of TOCAT9, 31 Jul. 2022, English, Keynote oral presentation
    31 Jul. 2022 - 01 Aug. 2022, [Invited]
  • Operando PTRF-XAFS technique for elucidating relationship between 3D structure of active metal sites and catalytic properties under working conditions
    Satoru Takakusagi; Lu Bang; Daiki Kido; Yuta Sato; Kiyotaka Asakura
    The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem2021), 20 Dec. 2021, Invited oral presentation
    [Invited]
  • オペランド偏光全反射蛍光XAFS法の開発による動作中触媒表面の三次元構造解析
    高草木達
    令和2年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会, 05 Mar. 2021
    [Invited]
  • 単結晶モデル表面を用いた触媒反応プロセスの原子レベル可視化
    高草木達
    2020年度 触媒学会北海道支部 札幌講演会, 02 Dec. 2020, Japanese, Invited oral presentation
    02 Dec. 2020 - 02 Dec. 2020, [Invited]
  • Atomic-level visualization of surface catalytic reactions by in-situ/operando XAFS and STM
    Satoru Takakusagi
    International Joint Symposium On-Line: Cutting Edge of Surface Science For Atomic Scale Approach to Catalyst, 05 Nov. 2020, English, Nominated symposium
    05 Nov. 2020, [Invited]
  • Operando PTRF-XAFS technique for elucidating 3D structure-activity relationship in heterogeneous catalysis
    Satoru Takakusagi; Lu Bang; Daiki Kido; Yuta Sato; Kiyotaka Asakura
    The 2nd Workshop of Reaction Infography / The 3rd IRCCS International Symposium, 31 Jan. 2020, English, Invited oral presentation
    31 Jan. 2020 - 01 Feb. 2020, [Invited]
  • 高草木達,魯邦,城戸大貴,佐藤優太,朝倉清高,
    触媒動作中の活性点三次元構造決定のためのオペランド偏光全反射蛍光XAFS法の開発
    PF研究会「XAFS・X線顕微鏡分光分析分野でのIMSS,PF戦略的利用に関する研究会」, 18 Dec. 2019, Japanese, Invited oral presentation
    17 Dec. 2019 - 18 Dec. 2019, [Invited]
  • Development of operando PTRF-XAFS technique for determining 3D structure of active sites in heterogeneous catalysis
    Satoru Takakusagi
    Okazaki Conference “Forefront of Measurement Technologies for Surface Chemistry and Physics in Real-Space, k-Space, and Real-Time”, 03 Dec. 2019, English, Invited oral presentation
    02 Dec. 2019 - 04 Dec. 2019, [Invited]
  • 触媒動作中の活性点立体構造決定のためのオペランド偏光全反射蛍光XAFS法の開発と触媒インフォマティクス
    高草木 達
    第17回SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料科学研究会・第14回日本表面科学会放射光表面科学研究部会・第3回プローブ顕微鏡研究部会合同シンポジウム, 04 Mar. 2019, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 偏光全反射蛍光XAFS法を用いた固気及び固液界面における表面金属ナノ構造の三次元構造解析
    高草木 達
    日本表面真空学会学術講演会, 20 Nov. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 担持金属モデル触媒表面の原子レベル構造解析と反応計測
    高草木 達
    第122回触媒討論会, 26 Sep. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Atomic-level structure and reactivity on well-defined model catalysts surfaces studied by STM and XAFS
    Satoru Takausagi; Kiyotaka Asakura
    International Symposium on Advancement and Prospect of Catalysis Science & Technology, 27 Jul. 2018, English
    [Invited], [International presentation]
  • Structure and reactivity on well-defined model catalyst surfaces studied by STM and XAFS
    Satoru Takakusagi; Kiyotaka Asakura
    Symposium on Nanomaterials for Environmental Purification and Energy Conversion, 21 Feb. 2018, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 酸化物単結晶表面におけるAuナノ構造の原子レベル評価と制御
    高草木 達; 朝倉 清高
    2017年日本金属学会秋期講演大会, 07 Sep. 2017, Japanese
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Oxygen plasma treatment of ligand-protected Au clusters on TiO2(110) :unusual loading-dependence of Au nanoparticle size
    S. Takakusagi; K. Asakura
    International Symposium on Pure and Applied Chemistry (ISPAC) 2017, 09 Jun. 2017, English
    [Invited], [International presentation]
  • Single metal dispersion on an oxide single crystal surface: effect of premodification with a mercapto compound on metal dispersion
    S. Takakusagi; K.Asakura
    3a000687, 17 Aug. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 3D structure analysis of atomically dispersed metal species on an oxide single crystal surface by polarization-dependent total-reflection fluorescence XAFS
    Satoru Takakusagi
    The 74th Okazaki Conference “Frontier of X-ray Absorption Spectroscopy and Molecular Science”, 04 Feb. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 3D structural determination of atomically dispersed metals on a TiO2(110) surface premodified with functional organic molecules
    S. Takakusagi; H. Nojima; H. Ariga; H. Uehara; K. Miyazaki; W.-J. Chun; Y. Iwasawa; K. Asakura
    Vietnam Malaysia International Chemical Congress (VMICC) 2014, 08 Nov. 2014, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 酸化物単結晶上金属ナノ構造の反応特性と構造制御
    高草木 達
    2014年日本金属学会秋期講演大会, 25 Sep. 2014, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Preparation and 3D structure analysis of atomically dispersed metal species on a TiO2(110) single crystal surface premodified with functional organic molecules
    Satoru Takakusagi
    The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference (IEEE INEC 2014), 28 Jun. 2014, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 酸化物単結晶表面上に高分散した金属種の構造と反応特性
    高草木 達
    日本表面科学会触媒表面科学研究部会ワークショップ「表面化学の新展開」, 01 Mar. 2014, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Dynamic Behavior of Intermediate Adsorbates to Control Activity and Product Selectivity in Heterogeneous Catalysis: Methanol Decomposition on Pt/TiO2(110)
    Satoru Takakusagi
    MIRAI 2.0(日本・スウェーデンMIRAIプロジェクト) Research and Innovation Week 2023 Materials Science TEG 2023, 14 Nov. 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Preparation of monomeric metal species on a TiO2 single crystal surface premodified with with functional organic molecules
    Satoru Takakusagi; Hirotaka Nojima; Kotaro Miyazaki; Takahiro Wada; Hiroko Ariga; Wang-Jae Chun; Masaharu Nomura; Yasuhiro Iwasawa; Kiyotaka Asakua
    17th Malaysian Chemical Congress (17 MCC), 16 Oct. 2012, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Atomically Dispersed Metal Species Formed on TiO2(110) Surfaces Premodified with Functional Organic Molecules
    TAKAKUSAGI Satoru
    CRC-FHI Joint Meeting“Complex Surfaces in Material Science”, 19 Sep. 2012, English, Nominated symposium
    [Invited], [International presentation]
  • Formation of Atomically Dispersed Cu on a TiO2(110) Surface Precovered with Functional Organic
    S. Takakusagi; H. Nojima; K. Miyazaki; T. Wada; H. Ariga; W.-J. Chun; M. Nomura; Y. Iwasawa; K. Asakura
    International Symposium and the Third Iwasawa Conference on Catalysis and Surface Science for Utilization of Carbon Resources and Related Topoics, 03 Dec. 2011, English, Nominated symposium
    [Invited], [International presentation]
  • Direct STM Visualization of Spillover Adsorbates on a Pt/TiO2(110) surface
    Satoru Takakusagi; Ken-ichi Fukui; Kiyotaka Asakua; Yasuhiro Iwasawa
    14th Asian Chemical Congress 2011 (14 ACC), 08 Sep. 2011, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • In-situ STM Observation of Spillover Process on a Pt/TiO2(110) Model Catalyst Surface
    TAKAKUSAGI Satoru
    The Third Joint Symposium of CRC-Hokkaido Univ. and Xiarmen Univ., 11 Apr. 2011, English, Nominated symposium
    [Invited], [International presentation]
  • 酸化物表面上金属ナノ構造の機能性有機分子による構造制御
    高草木 達
    第6回放射光表面科学部会顕微ナノ材料科学研究会合同シンポジウム, 10 Dec. 2010, Japanese, Nominated symposium
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 偏光全反射蛍光XAFS 法による固体表面上に形成した金属ナノ構造の精密解析
    高草木 達; 朝倉 清高
    筑波大学-KEK第三回連携ミニ研究会-XAFSと機能性物質, 21 Dec. 2009, Japanese, Nominated symposium
    [Invited], [Domestic Conference]
■ Syllabus
  • 環境触媒化学特論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
■ Affiliated academic society
  • 触媒学会
  • 電気化学会
  • 日本表面真空学会
  • 日本化学会
  • 日本XAFS研究会
  • アメリカ化学会
■ Research Themes
  • オペランド表面科学計測システムの開発による圧力ギャップフリー触媒表面科学の確立
    科学研究費助成事業
    Apr. 2024 - Mar. 2027
    高草木 達
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 24H00445
  • 非平衡プラズマを基盤とした電子駆動触媒反応の創成
    戦略的創造研究推進事業(CREST)
    Oct. 2019 - Mar. 2025
    野崎 智洋
    科学技術振興機構(JST), Coinvestigator, Competitive research funding
  • 活性点立体構造と表面吸着種のオペランド複合計測による触媒反応機構の原子レベル解明
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    Apr. 2021 - Mar. 2024
    高草木 達
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 21H01802
  • Development of operando PTRF-XAFS technique and its application to 3D structure analysis of catalyst active sites under working conditions
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    Apr. 2018 - Mar. 2021
    高草木 達
    本年度は、まず、昨年度設計・製作を行ったオペランド偏光全反射蛍光XAFS装置の性能向上及び最適化に向けた試みを行った。真空度改善のため、真空排気ラインのコンダクタンスを大きくするとともに、排気に使用しているターボ分子ポンプを、より排気速度の大きいポンプへと変更した。こうした試みにより、真空度は2桁程度改善した。また、装置に取付けられている蛍光取り出し用のBe窓(ICF70規格のフランジ中央部にBe薄膜をろう付け)の有効径を可能な限り大きくし、試料と半導体検出器(19素子solid state detector)との距離及び立体角の最適化を行うことで、スペクトルのS/N比向上を実現した。
    続いて、アルミナ単結晶表面上に白金ナノ粒子を担持したモデル触媒表面(Pt/α-Al2O3(0001))でのCO酸化反応中のPt活性点電子状態及び3次元構造について、昨年度得られた結果の再現性もかねて、再度オペランド偏光全反射蛍光XAFS測定(Pt L3吸収端)を行った。反応ガス(CO、O2及び濃度補正用Arを含む混合ガス)雰囲気下で試料を加熱し、各温度で反応進行状況を確認しながらXANES測定を行ったところ、温度の上昇に伴ってスペクトルのwhite line強度は減少した。このことは温度上昇により、Ptが徐々に還元されたことを示している。活性は>473 Kで顕著になることがわかった。さらに、493 KでCO酸化反応が進行中のEXAFS測定にも成功し、スペクトルは三次元構造解析に十分なS/N比であった。予備的な解析から1 nm程度のナノ粒子が活性点であることを見出し、FEFFコードを用いた三次元構造決定を開始した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 18H01864
  • Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    06 Nov. 2015 - 31 Mar. 2018
    TANAKA Isao; MATSUNAGA Katsuyuki; MUTO Shunsuke; TANIGUCHI Takashi; KITAOKA Satoshi; KANNO Ryoji; TAKAKUSAKI Satoru; TSUDA Koji
    This group encouraged many international activities of project members. This group supported publishing an open-access international book of our research summary, publishing a special issue in an international journal and providing a series of lectures on our studies. This group also supported young researches to collaborate with foreign researchers.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Kyoto University, 15K21748
  • Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    28 Jun. 2013 - 31 Mar. 2018
    TANAKA Isao; MATSUNAGA Katsuyuki; SHIBATA Naoya; MUTO Shunsuke; TANIGUCHI Takashi; OHTA Hiromichi; KITAOKA Satoshi; KANNO Ryoji; TAKAKUSAKI Satoru; TSUDA Koji; ADACHI Hirohiko; SAKUMA Taketo; TAKANO Mikio; MORI Hirotaro; HIGUCHI Tomoyuki
    This group mainly encouraged the collaboration between project members. This group organized international symposiums for publishing our studies, organized many small workshops for accelerating the communication between researchers with different backgrounds, published an international book of our research summary, and encouraged may activities of young researchers. In addition, this group supported the building of a web site and publication of a booklet.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Kyoto University, 2505
  • Exploration of nanostructure - property relationships for materials innovation
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    28 Jun. 2013 - 31 Mar. 2018
    TANAKA Isao; MATSUNAGA Katsuyuki; SHIBATA Naoya; MUTO Shunsuke; TANIGUCHI Takashi; OHTA Hiromichi; KITAOKA Satoshi; KANNO Ryoji; TAKAKUSAKI Satoru; TSUDA Koji; ADACHI Hirohiko; SAKUMA Taketo; TAKANO Mikio; MORI Hirotaro; HIGUCHI Tomoyuki
    This group mainly encouraged the collaboration between project members. This group organized international symposiums for publishing our studies, organized many small workshops for accelerating the communication between researchers with different backgrounds, published an international book of our research summary, and encouraged may activities of young researchers. In addition, this group supported the building of a web site and publication of a booklet.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Kyoto University, 25106001
  • Synthesis and atomic-level characterization of well-defined surface nanostructures for development of novel catalytic materials
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    Jun. 2013 - Mar. 2018
    TAKAKUSAGI Satoru; MATSUMOTO Yuji; TAKIGAWA Ichigaku
    We have developed oxide-supported metal catalysts and immobilized metal complex catalysts which are highly efficient for purification of environment and green organic synthesis by combining atomic-level surface characterization using single-crystal model catalyst surfaces. We particularly focused on molecular activation at characteristic nanostructures formed at the metal-oxide interfaces in the oxide-supported metal catalysts, while in the immobilized metal complex catalyst we examined the effects of catalytic activity on spatial arrangement and orientation of the surface-attached metal complexes. A novel approach to find efficient catalytic materials with high-speed and high-precision based on the informatics-based techniques was also explored.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Hokkaido University, 25106010
  • Development of oxide-supported metal catalysts with well-defined structure and composition for determination of the number of metal atoms in the most active oxide-suppoeted metal catalyst
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2011 - 2013
    TAKAKUSAGI Satoru; TSUNOYAMA Hironori; ASAKURA Kiyotaka; ARIGA Hiroko
    Catalytic properties such as activity and selectivity of oxide-supported metal catalysts strongly depend on metal cluster size and metal-support interaction. In this research project, we tried to develop a method to prepare gold clusters with a small size distribution in the range of single atom-10 nm on a titanium dioxide single crystal surface by using ligand-protected gold clusters, and the structures of the deposited gold clusters were examined at the atomic level by surface science techniques such as STM/AFM and polarization dependent total-reflection fluorescence XAFS. We also developed a ultra-high vacuum equipment for measuring catalytic activity of the deposited gold clusters formed on an oxide single crystal surface.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 23550001
  • 酸化物表面欠陥によるナノクラスターの制御と触媒作用
    科学研究費助成事業
    2008 - 2009
    朝倉 清高; 鈴木 秀士; 高草木 達
    酸化物上の金属ナノクラスターは、触媒,ガスセンサー,光材料,様々な分野で応用されている。ナノクラスターの粒子サイズを自由に制御することができれば、高活性・高選択的触媒開発も可能である。TiO_2(110)表面は中でも広く研究が進んでいる表面である。この表面におけるナノ粒子の核形成には、表面に存在する格子欠陥や線状欠陥であるステップが重要といわれながら、ナノ粒子の形や大きさを制御するために必要な基板酸化物と金属との相互作用の本質は十分にわかっていない。酸化物表面特にTiO_2(110)表面に形成した欠陥とその表面に構築する金属ナノクラスターとの相互作用を明らかにし、欠陥等を利用した酸化物表面のナノクラスター構造制御法を開発することを目的とする。
    本年はAuを少量蒸着し、その挙動を改質したTiO_2(110)表面で検討したところ、欠陥を多く含む表面で、大きな構造変化を観測し、Auの13程度のナノクラスターからなることを見出した。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 20047001
  • Morphological, Electronic, and Molecular Structures and Electron Transfer Characteristics at Metal/Molecule and Semiconductor/Molecule Interfaces
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2006 - 2009
    UOSAKI Kohei; IKEDA Katsuyoshi; NOGUCHI Hidenori; TAKAKUSAGI Satoru
    To obtain information of geometric, electronic and molecular structures and electron transfer properties at solid/liquid interfaces, which is essential information for future electronic devices and sensors, development of methods to construct molecular layers and characterization of structures and electron transfer property have been carried out. As a result, 1. novel method for constructing molecular layers on silicon with photo- electrochemical functions was developed, 2. interfacial electronic structure change induced by adsorption of molecules was clarified by sum frequency generation (SFG) and gap-mode Raman spectroscopy, and 3. reactions at solid/liquid interfaces were monitored in situ in real time by SXS and XAFS using synchrotron radiation and SFG.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 18205016
  • Conductivity measurement of single molecule using self-assembled monolayer formed onvarious electrode surfaces
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2007 - 2008
    TAKAKUSAGI Satoru
    再現性の高い単一分子の電気伝導測定を可能とすることを目的とし、金上のチオール、シリコン上Si-C 結合を介した単分子層等の自己組織化単分子層(SAM)上に、合成化学的手法を用いて金属層を析出させ、構造のよく規制された金属層-SAM-金属(または半導体)基板からなる接合構造の作成法を確立した。また実際に電気伝導測定を行って電荷移動機構を明らかにした。さらにフェルミ準位付近に分子軌道を有し、多電子酸化還元能を示すルテニウム二核錯体を骨格に含むSAM を金表面上に形成し、電気化学走査型トンネル顕微鏡を用いて、分子一個ずつを識別しながら電気伝導性の評価を行った。分子の像輝度(トンネル電流の流れやすさ)は、探針、基板、分子軌道のエネルギーレベルの相対位置により変化し、軌道を介した共鳴トンネリングによる電子伝導パスが存在すると解釈した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, 19750102
  • フォーカスマイクロ波を用いた超高密度自己組織化単分子膜(SAM)の新形成法
    科学研究費助成事業
    2005 - 2006
    魚崎 浩平; 高草木 達
    固体表面に高い配向性を持つ機能性分子層を形成することは分子デバイス等、ナノテクノロジーにおける最重要課題の一つである。溶液プロセスで簡便に、配向性の高い単分子層を構築できる自己組織化法では、貴金属上(特に金)チオール系分子層やシリコン上のシリコンー炭素直接結合を介した分子層がよく研究されている。しかし、これら単分子層を次世代の超高機能分子デバイスとして利用するには、表面に存在する欠陥をなくし、また従来を上回る高い被覆率・配向性を実現することが不可欠である。さらに実用的には、分子層形成反応が短時間で完了することが望ましい。昨年度の研究成果を踏まえつつ、有機合成など反応が効率的に進行することが明らかになりつつあるマイクロ波合成を機能性分子層の形成に適用し、欠陥の極めて少ない超高密度な分子膜の作成を短時間で効率的に作成することを目的に、研究を行った。本年度は以下の成果を得た。
    1.シリコンによるマイクロ波吸収と温度上昇機構の解明を目的に、ドーパントの種類(窒素ドープ(n型)あるいはホウ素ドープ(p型))や密度依存性について検討した。その結果、ドーパントの種類にはあまり依存しないが、密度には大きく依存することを明らかにした。
    2.シリコン(111)単結晶表面上でのオクタデシル単分子層形成について全反射赤外分光法により詳紬に検討し、最適化を図った。具体的にはマイクロ波強度を上げる、オクタデゼンを加熱効果の高い高誘電率溶媒に希釈ずる等の条件を変え、分子層形成反応の反応時間短縮や欠陥の少ない超高密度膜を形成した。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 17655053
  • Real Time Monitoring of Electron Transfer Dynamics at Solid/liquid Interfaces by Non-linear Spectroscopy
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2004 - 2006
    UOSAKI Kohei; IKEDA Katsuyoshi; TAKAKUSAGI Satoru; NOGUCHI Hidenori
    To understand the mechanism of electron transfer dynamics at solid/liquid interfaces, information of structures of molecules at electrode/electrolyte interface including short-lived intermediates and solvent at the interface is essential. The determination of the interfacial structures of the intermediate and solvent is, however, difficult by conventional surface vibrational techniques because of small number of molecules compared to bulk molecules. Temporal vibration of vibrational modes induced by electronic excitation is monitored by IR adsorption and surface-specific sum frequecy generation (SFG) techniques. We investigated the relations between interfacial structures and reaction dynamics by using these spectroscopic methods.
    1. Observation and dynamics of adsorbates at solid/liquid interfaces by SFG spectroscopy
    Dynamics of adsorbed CO on Pt electrode was followed by visible pump SFG probe measurements. An SFG peak due to adsorbed CO at on-top site of Pt was observed at 2064cm-l. The intensity of this peak decreased quickly upon excitation and recovered within few ten of os. A new broad peak was observed at 1980cm-l corresponding to adsorbed CO at multi-fold site, suggesting the site exchange upon excitation. The recovery rate was found to be dependent on potential.
    2. Carrier and charge transfer dynamics by visible pump-visible and IR technique
    Time-resolved visible-pump visible and infrared-probe techniques, in which very short UV or visible pulse excitation is combined with delayed ultrafast visible and mid-IR absorption, respectively, are powerful tools to monitor the changes in electronic and molecular structure, respectively, as after the photoexcitation. In the present study, (1) a system, which allows these two measurements, was constructed, (2) visible-pump infrared-probe technique was applied to study the effect of size and surface treatment on the carrier dynamics of CdS, and (3) visible-pump visible and infrared-probe techniques were applied to study the photo-induced intra-molecular charge transfer with a triruthenium complex [Ru_3(O)(CH_3CO2)_6(CO)L_2], where L=ligands, containing a strongly IR active ligand, CO, which act as a direct IR probe of the electron density at the metal center.
    3. Characterization of water structure at biomaterial surfaces
    Many biological systems such as proteins and enzymes are inactive without water. For a complete understanding of the function of such systems, information of the structure and dynamics of the water is essential. We incestigated the structure of water at several biomaterial surfaces. For example, we monitored the structure of interfacial water at hydro-polymer gel/solid interface by SFG spectroscopy under various pressures. The contribution of weakly hydorogen bonded water in SFG spectra increased with pressure, suggesting the inportant role of weakly hydorogen bonded water to the low friction properties at the hydro-polymer gel/solid interfaces.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Hokkaido University, 16072202
  • シリコン表面での自己組織化分子層の構築とハイブリッド光電変換デバイスの創製
    科学研究費助成事業
    2004 - 2005
    高草木 達
    本年度は以下の2点について研究を行った。
    1.シリコン表面上での(光)電気化学的有機単分子層形成過程の解明
    電極として水素終端化p型シリコン単結晶、溶液としてグリニャール試薬(C_<18>H_<37>MgCl)のTHF溶液を用い、電極を正電位側に掃引するとオクタデシル単分子層が形成されることが全反射赤外分光法により確認された。またn型シリコンを電極とし、キセノンランプ照射による光電気化学法によっても単分子層は形成されるが、被覆率は上記の約6割であった。原子間力顕微鏡により、分子層形成反応中の表面観察を行ったところ、後者では表面が著しくエッチングされていた。X線光電子分光法の結果より、表面は一部塩素終端がされていることがわかり、光照射により生成した高酸化力のホールが、塩素と結合したシリコン原子のバックボンドを切断することでエッチングが起こったと考えられる。被覆率が低いのは、本来分子層形成反応に用いられるホールがこのエッチングに用いられたためと考えられる。
    2.有機単分子層修飾シリコンを用いた光電変換デバイスの分子積層による高効率化
    n型水素終端化シリコン単結晶表面に4-ビニルベンジルクロライドを単分子層として導入し、N-メチル-4-(4'-ピリジル)を作用させることで、ビオロゲン修飾シリコン電極を作成した。本ビオロゲン修飾シリコンは、塩化白金酸カリウム溶液に浸漬し、ビオロゲン(おそらくN部位)に吸着したPtCl^<4->を還元して白金微粒子とすることで、電気化学的水素発生に高い活性を示すことが、昨年度の結果からわかっている。本年度は1層目のビオロゲンを修飾後、ジブロモブタン,ビオロゲンを交互に反応、連結させることでビオロゲンの積層化を試みた。結果、5層まではビオロゲン吸着量及び白金析出後の水素発生電流は層数に比例して増加することを確認した。またp型シリコンを用いた光照射下でも同様な結果が得られた。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 16750105
  • Dynamic Monitoring of Molecular Structure at Solid/Liquid Interfaces
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2001 - 2003
    UOSAKI Kohei; TAKAKUSAGI Satoru; YAGI Ichizo
    ・Construction of Sun frequency generation (SFG) system for dynamic structure change.
    (a)A pump line using 355nm excitation beam was added to a ps-based SFG system so that time dependent structure change can be followed with 〜2Ops time resolution.
    (b)A broad band SFG system was constructed based on a visible pump IR probe system using 100 fs laser.
    ・Applications of the SFG systems to solid/liquid interface.
    (a)Monitoring of TiO_2 surface for the conversion to hydrophilic surface and adsorption of alcohol.
    TiO_2 is the most studied photocatalyst and conversion of hydrophobic surface to hydrophilic surface by UV illumination is an interesting process. Here, SFG was used to monitor the conversion process from hydrophobic to hydrophilic surface and the adsorption of alcohol.
    (b)Carrier dynamics in semiconductor nanoclusters
    Semiconductor nanoclusters attract much attention due to their unique optical properties. Photoexcited carrier (electron and holes) dynamics in CdSSe nanoclusters dispersed in glass and CdS nanoclusters in reversed micelles were followed by visible pump-IR absorption probe technique.
    (c)Determination of water structure at electrode/electrolyte interface.
    Although structure of water at electrode surface attracts much interests from both fundamental and application view points, it is not well understood due to the limitation of techniques. Here, we were successful to measure the water structure at gold film electrode as a function of electrode potential using SFG.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 13304047
  • 新規複合電子放出顕微鏡の確立とそれを用いた表面メゾスコピック領域の化学現象観察
    科学研究費助成事業
    2001 - 2002
    高草木 達
    東京大学大学院理学系研究科所属の複合電子放出顕微鏡を基本として、これまでに整備して高輝度化した電子放出顕微鏡システムを用いて以下の研究を行った。また原子・分子スケールでの観察を行うために走査トンネル顕微鏡も併用した。
    1.Au-Ag/Si(100)上でのAg酸化に伴う非線形動的化学現象
    メゾスコピツク表面動的化学現象に関して、シリコン基板上にパターニングして蒸着したAg薄膜表面の酸化過程(酸素圧〜10^<-2>Pa)を473-573Kでその場追跡したところ、原子状吸着酸素種の他に、メタノール部分酸化反応に活性とされる酸素種が構造欠陥で生成後、ドメインを形成しながら成長していく様子が観察された。こうした構造欠陥等の不均一領域での特異な反応性を原子レベルで理解するために、走査トンネル顕微鏡を用いた局所表面構造および動的現象の観察を行った。その結果、多原子欠陥的な非常に配布飽和度が高い表面サイトが、反応開始点となっていることが示唆された。
    2.Pt/TiO_2(110)表面上でのナノ金属粒子間の非線形動的現象
    上記のような非線形化学現象が触媒活性、選択性等に与える影響を原子レベルで理解するために、TiO_2(110)表面上にPt粒子を導入した不均一モデル表面を構築し、その表面上での吸着分子の動的挙動を走査トンネル顕微鏡を用いて調べた。この表面をメタノールに露出するとTiO_2(110)表面のみに露出し場合には観察されなかった、メタノールの解離により生成したメトキシが観察された。室温および昇温時のメトキシの挙動について、吸着種間相互作用(衝突による反応、反発)や吸着種が金属微粒子に到達した場合の動き(反応による脱離、拡散の方向の変化)等に着目して研究を行い、粒子サイズによる反応性の違いや粒子分布が、メトキシの動きや反応の活性・選択性にどういった影響を与えるかを詳細に検討した。
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 01J05885
■ Industrial Property Rights
  • 有機単分子層の形成方法および機能素子の製造方法
    Patent right
    2004-319487
  • 分子デバイスとその製造方法
    Patent right
    2003-309431