電子１個の精度で触媒ナノ粒子の電荷量を計測～地球環境問題の解決に向けた触媒開発を加速する強力な新技術を獲得～

2022-10-14

2022-10-14 九州大学,科学技術振興機構,日立製作所株式会社,明石工業高等専門学校

ポイント

透過電子顕微鏡法の一種である「電子線ホログラフィー」の位相計測精度を従来よりも１桁高め、触媒ナノ粒子の電荷量を電子１個の精度で計測することに成功
新技術を駆使して、白金ナノ粒子触媒の帯電状態を初めてナノ粒子ごとに解析し、ごく微弱な帯電を引き起こすメカニズムを究明
本技術により、今後、カーボンニュートラルや食料増産などの課題解決に役立つ触媒の開発が加速されることが期待

さまざまな化学反応を促す「触媒」は、環境浄化や食料増産など地球規模の問題解決に貢献する、とりわけ重要な材料です。触媒の性質を明らかにするための新技術として、透過電子顕微鏡法の一種であり、物質の電位分布を観察できる「電子線ホログラフィー」が重要視されています。しかし、触媒ナノ粒子が示すごく微弱な電位分布や電荷量を計測するためには、電子線ホログラフィーの位相計測精度を従来よりも１桁高めるという、技術上の大きな飛躍が必要でした。

今回、九州大学大学院工学研究院の麻生亮太郎准教授、村上恭和教授らの研究グループ、株式会社日立製作所の谷垣俊明主任研究員、品田博之技術顧問らの研究グループ、および明石工業高等専門学校専攻科の中西寛教授は、大阪大学大学院情報科学研究科の御堂義博特任准教授、九州大学大学院総合理工学研究院の永長久寛教授、北條元准教授らと共同で、最先端の電子顕微鏡技術と情報科学的手法（微弱信号の抽出技術）を融合する独自の研究戦略により、電子線ホログラフィーの位相計測精度を目的通り１桁向上させました。同グループはこの超高感度を生かして、触媒ナノ粒子の電荷量を「電子１個の精度で数える」という、従来技術では達成できなかった未踏の計測を成し遂げました。また、化学反応に寄与する触媒電位の空間分布を観察することで、酸化チタン（ＴｉＯ_２）に担持（付着）した白金（Ｐｔ）ナノ粒子が、接合界面の素性によって正にも負にも帯電し得ることを明らかにしました。さらに、電荷量がＰｔナノ粒子の結晶の歪み具合にも影響を受けることなど、触媒の研究開発にとって非常に重要な知見を得ました。本研究で実現した超高感度の電子線ホログラフィーにより、今後、地球環境問題の解決に役立つ触媒の開発が加速されることが期待されます。

本研究の成果は２０２２年１０月１４日（金）（日本時間）発行の米国科学誌「Ｓｃｉｅｎｃｅ」オンライン版で公開されます。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ）戦略的創造研究推進事業チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」（研究統括：雨宮慶幸）における研究課題「ＡＩと大規模画像処理による電子顕微鏡法の技術革新」（ＪＰＭＪＣＲ１６６４）（研究代表者：村上恭和）、および日本学術振興会（ＪＳＰＳ）科学研究費補助金（ＪＰ１８Ｈ０３８４５、ＪＰ２１Ｈ０４６２３）（研究代表者：村上恭和）の助成を受けたものです。

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