Three dimensional electric-field imaging at catalytic-interface

催化界面三维电场成像

• 批准号: 21H01614
• 负责人: 石川 亮
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01614/
• 关键词: 貴金属ナノ触媒; 原子分解能電子顕微鏡法; 貴金属ナノ粒子; 規則合金; 3次元構造解析; 不均一触媒; ナノ界面; ３次元構造解析; 原子分解能電子顕微鏡; ３次元電子顕微鏡法; 微分位相コントラスト法; 触媒ナノ界面; 先端電子顕微鏡法; 深さ断層法

酸化物基板上の貴金属ナノ粒子は，排ガス処理だけでなく，様々な化学反応を促進する触媒として産業的にも重要な均一触媒系である．昨年度に引き続き，本年度も代表的なPt/TiO2(110)での研究を行った．特に，電子顕微鏡中での真空加熱により引き起こされる，ナノ界面での原子構造解析を中心に行った．Ptナノ粒子は500 ℃以上で真空加熱（<10-7 Pa）すると，大部分が[110]Pt/(110)[1-10]TiO2の方位関係へと変化することが明らかとなった．しかし，700 ℃以上に加熱すると，再び様々な方位関係を持ったナノ粒子へと変化する．これは粒子サイズの増加に伴い，基板との整合性を保存できなくなったためと考えられる．また，得られた原子分解能像のフーリエ変換像を詳細に解析すると，ナノ粒子は超構造を有するf.c.c.タイプへ変化することが明らかとなった．原子レベルでの詳細な構造解析を行った結果，700 ℃以上では基板に含まれるTi金属とPtナノ粒子が反応することにより，Pt-Tiナノ粒子へと変化した．さらに，長時間のアニールを行うことにより，Ti含有量は増加し，規則合金であるL12(Pt3Ti)からL10(PtTi)へとナノ粒子が構造変化を示した．上述の観察は平面方向からの観察であり，TiO2(110)基板とPtナノ粒子の界面観察は困難である．そこで，試料端面において，断面方向からの観察を行うことにより，ナノ界面の詳細な構造解析を行った．700 ℃以下では，原子レベルで平坦なTiO2基板上にPtナノ粒子が設置している．しかし，700 ℃以上に加熱することにより，Pt-Tiの合金化が進み，Ptナノ粒子は基板中に埋め込まれることが明らかとなった．このようなプロセスにより，触媒反応において重要と思われる３相界面が失われ，触媒活性の劣化が誘起されたと考えられる．

氧化物底物上的高贵金属纳米颗粒是同质催化剂系统，它们在工业上作为催化剂在工业上至关重要，这些催化剂促进了各种化学反应，而不仅仅是废气处理。去年之后，我们也对今年的PT/TIO2（110）进行了研究。特别是，主要是由电子显微镜中真空加热引起的纳米接口处的原子结构分析。据透露，当Pt纳米颗粒在500°C或更高时真空加热（<10-7 PA）时，大多数会改变[110] pt/（110）[1-10] Tio2的方向关系。但是，当加热到700°C或更高时，纳米颗粒再次转化为各种定向关系。这被认为是因为粒径增加，并且与基板的一致性无法保留。此外，当发现对所获得的原子分辨率图像的傅立叶变换图像进行详细分析已更改为上层结构的F.C.C.类型。在原子水平的详细结构分析（在700°C或更高）下，PT纳米颗粒与底物中包含的Ti金属反应，从而导致PT-TI纳米颗粒转化为PT-TI纳米颗粒。此外，Ti含量通过进行长期退火而增加，纳米颗粒显示出从有序合金L12（PT3TI）到L10（PTTI）（PTTI）的结构变化。上述观察结果来自平面的方向，因此很难观察TiO2（110）底物和PT纳米颗粒之间的界面。因此，通过从横截面方向观察样品边缘表面来进行纳米接口的详细结构分析。在低于700°C的情况下，将Pt纳米颗粒放在原子水平的平坦TiO2底物上。然而，据表明，通过加热至700°C，PT-TI合金的发展，并且PT纳米颗粒嵌入了底物中。人们认为这一过程导致了三相界面的丧失，这在催化反应中被认为很重要，并且诱导了催化活性的恶化。

项目成果

Atomic-resolution STEM image denoising by total variation regularization

• DOI: 10.1093/jmicro/dfac032
• 发表时间: 2022-06-17
• 期刊: MICROSCOPY
• 影响因子: 1.8
• 作者: Kawahara, Kazuaki;Ishikawa, Ryo;Ikuhara, Yuichi
• 通讯作者: Ikuhara, Yuichi

Atomic-Resolution Topographic Imaging of Crystal Surfaces

• DOI: 10.1021/acsnano.1c02907
• 发表时间: 2021-05-13
• 期刊: ACS NANO
• 影响因子: 17.1
• 作者: Ishikawa, Ryo;Tanaka, Riku;Ikuhara, Yuichi
• 通讯作者: Ikuhara, Yuichi

Room temperature fluoride ion conductivity in defective β-KSb1-δF4-3δ polycrystals

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.229173
• 发表时间: 2021-01-31
• 期刊: JOURNAL OF POWER SOURCES
• 影响因子: 9.2
• 作者: Kawahara, Kazuaki;Ishikawa, Ryo;Ikuhara, Yuichi
• 通讯作者: Ikuhara, Yuichi

深さ断層法によるSrTiO3傾角粒界の3次元構造解析

使用深度断层扫描对 SrTiO3 倾斜晶界进行三维结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡田 拓;藤枝 俊;清野智史;中川 貴;今田 隆浩 石川 亮 川原 一晃 佐々野 駿 幾原 雄一 柴田 直哉
• 通讯作者: 今田 隆浩 石川 亮 川原 一晃 佐々野 駿 幾原 雄一 柴田 直哉

α-Al2O3Σ13粒界におけるCa/Si偏析機構の解明

α-Al2O3Σ13晶界Ca/Si偏析机制的阐明

• 发表时间: 2021
• 作者: 豊島 永都;佐藤 幸生;金子 賢治;二塚 俊洋 石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一
• 通讯作者: 二塚 俊洋 石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一