タイコグラフィ-X線吸収微細構造法の開発

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酸素吸蔵・放出材料の酸素拡散分布を可視化

2018年1月12日 理化学研究所 大阪大学 名古屋大学

要旨

理化学研究所(理研)放射光科学総合研究センター構造可視化研究チームの高橋幸生チームリーダー(大阪大学大学院工学研究科准教授)、広瀬真研修生(大阪大学大学院工学研究科大学院生)と元素可視化研究チームの唯美津木チームリーダー(名古屋大学物質科学国際研究センター教授)、石黒志特別研究員らの共同研究チーム※は、X線タイコグラフィ[1]を用いて試料のX線吸収微細構造(XAFS)[2]を取得する「タイコグラフィ-XAFS法」を開発し、酸素吸蔵・放出材料[3]の酸素拡散分布を可視化することに成功しました。

X線タイコグラフィはX線の可干渉性(コヒーレンス)[4]を利用したイメージング技術であり、高い空間分解能を持っています。一方、XAFS法は、試料の電子状態や局所構造を解析する方法として、放射光の主要分析ツールとなっています。近年、放射光X線ビームを集光して、試料の微視的なXAFSを取得する顕微XAFS法が盛んに研究されています。しかし、集光素子の性能によって実用的な空間分解能が制限されるため、空間分解能の向上が課題となっていました。

今回、共同研究チームは、X線タイコグラフィを用いてXAFSを取得する「タイコグラフィ-XAFS法」を新たに開発しました。実際に大型放射光施設「SPring-8[5]」で測定したところ、従来の顕微XAFS法を超える空間分解能で酸素吸蔵・放出材料のXAFSを取得することに成功しました。XAFSを解析することで密度と価数の分布を2次元的にマッピングし、それらの相関を解析することで、酸素拡散の様子を可視化することにも成功しました。

今後、タイコグラフィ-XAFS法はさまざまな先端機能性材料のナノ構造・化学状態分析へ応用されると期待できます。

本研究結果は、ドイツ化学会誌インターナショナル版『Angewandte Chemie International Edition』に掲載されるのに先立ち、オンライン版(1月2日付け)に掲載されました。また、今号の主要論文として本掲載誌の口絵のデザインにも採用されました。

本研究は、理研放射光科学総合研究センター主催の放射光連携研究「可視化物質科学」(H26-H30)の一環として行われ、科学技術振興機構(JST)先端計測分析技術・機器開発プログラム「暗視野X線タイコグラフィ法の開発」、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金および特別研究員奨励費などの支援を受けて行われました。

※共同研究チーム

理化学研究所 放射光科学総合研究センター 利用技術開拓研究部門
可視化物質科学研究グループ
構造可視化研究チーム
研修生 広瀬 真 (ひろせ まこと)(大阪大学 大学院工学研究科 大学院生)
研修生 下村 啓 (しもむら けい)(大阪大学 大学院工学研究科 大学院生)
特別研究員(研究当時) ニコラス・バーデット (Nicolas Burdet)
チームリーダー 高橋 幸生 (たかはし ゆきお)(大阪大学 大学院工学研究科 准教授)

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