Forskare vid Institutet för molekylär vetenskap (IMS), Innovationsforskningscentrum för bränsleceller, University of Electro-Communications, Forskningscentrum för materialvetenskap, Nagoya University, och JASRI (Japan Synchrotron Radiation Research Institute), har förbättrat ett fotoelektronspektroskopiinstrument med omgivningstryck med hjälp av hårda röntgenstrålar producerade vid SPring-8 och lyckats med fotoelektronspektrometri under verkligt atmosfärstryck för första gången i världen. Deras prestationer har publicerats online i Tillämpad fysik Express .

Konventionell fotoelektronspektroskopi kan endast mäta prover under högvakuum, medan många katalytiska reaktioner inträffar under atmosfärstryck. Diskrepansen mellan resultaten som erhållits genom experiment under högt vakuum och den faktiska reaktionsmekanismen under atmosfärstryck, "tryckgap, " har varit ett problem. Under de senaste åren, för att fylla denna lucka, en apparat som kallas "omgivningstryck fotoelektronspektroskopi" har utvecklats som möjliggör mätning under gasatmosfär. Dock, den övre tryckgränsen för drift i en fotoelektronspektrometer för allmänt omgivande tryck är ungefär 5, 000 Pa. Även apparaten med en för närvarande rapporterad världens högsta prestanda har en gräns på 15, 000 Pa (ca 0,15 atm), vilket är ungefär 1/7 av atmosfärstrycket (ca 100, 000 Pa). Därför, olika forskargrupper i världen har arbetat med utvecklingen av fotoelektronspektroskopi som arbetar under högre gastryck.

Ett problem vid mätning med fotoelektronspektrometer för omgivningstryck är "energisönderfall" av fotoelektronerna som emitteras från provet som exponeras för ljus, vilket beror på spridning orsakad av gas. Detta begränsar det övre trycket för mätningen. "Vi gjorde två förbättringar, " förklarar Yasumasa Takagi, en biträdande professor i IMS. "Först, vi använde hårda röntgenstrålar som har högre energi jämfört med mjuka röntgenstrålar och förstärkt kinetisk energi hos fotoelektronerna. Nästa, vi skapade en extremt liten öppning på 30 μm i diameter (figur till vänster), vilket är en port som tar emot fotoelektroner in i spektrometern. Detta gjorde det möjligt att förkorta avståndet mellan provet och bländaren, d.v.s. avståndet för fotoelektroner som färdas genom gas har förkortats." använda guld tunn film som ett prov, forskargruppen lyckades med fotoelektronspektroskopi under verkligt atmosfärstryck, för första gången i världen (bild till höger).

Professor Toshihiko Yokoyama (IMS) har en vision om möjligheter för framtida tillämpningar av den nya fotoelektronspektrometern. "Vår apparat uppnådde fotoelektronspektroskopi under verkligt atmosfärstryck, vilket avsevärt breddade sitt användningsområde. Reaktioner mellan fast och gas såsom katalytiska reaktioner och elektrodreaktioner i bränsleceller kan undersökas direkt under atmosfärstryck. Det kan också appliceras på biologiska prover som är ömtåliga under högvakuum. I framtiden, fotoelektronspektroskopi kommer att användas för tillståndsanalys inom olika forskningsområden."