【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.18】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0022

利用課題名 / Title

電子顕微鏡による担持固体触媒の構造評価

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

固体触媒,電極材料/ Electrode material,電子顕微鏡/ Electronic microscope,燃料電池/ Fuel cell

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

唯 美津木

所属名 / Affiliation

名古屋大学　理学研究科　

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

邨次智,Gabor Samjeske,松井公佑

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

樋口公孝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-102：高分解能電子状態計測走査透過型電子顕微鏡システム
NU-103：高分解能透過電子顕微鏡システム

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　燃料電池や触媒反応に利用される固体触媒は、触媒担体上に金属ナノ粒子を担持することで調製される。最近では、多孔性材料を触媒担体に利用し、ナノ孔中に粒子を担持することで、高活性を維持しつつ耐久性を向上させた金属ナノ粒子触媒の開発も展開されている。本研究では、これまでに開発したHollow-mesoporous carbon sphere (HMCS) ナノ孔中に調製法を最適化して担持したPt₂Gd合金ナノ粒子電極触媒 (Pt₂Gd/HMCS)、及び対照実験触媒 (Pt/C) の、酸素還元反応後の構造と粒径分布についてTEM/HAADF-STEM/EDSにより評価した。

実験 / Experimental

試料をTEMグリッドに付着させた後、JEOL JEM-ARM200Fを使用してTEM像、HAADF-STEM像の測定を行った。STEM-EDSによる元素マッピングはJEOL JEM-ARM200Fを使用して測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

酸素還元反応後のPt₂Gd/HMCSのTEM像をFigure 1(A) に示す。反応前と比較して、合金ナノ粒子径の平均粒径は約6 nmと、大幅な増加は観測されなかった。これに対し、酸素還元反応後のPt/CのTEM像をFigure 1(B) に示す。Ptナノ粒子が大きく凝集した様子が観測された。合金ナノ粒子がHMCSの細孔内に取り込まれていることで、ナノ粒子の凝集が抑制されたことが示唆された。²
　酸素還元反応後のPt₂Gd/HMCSの合金ナノ粒子1粒子を拡大したHAADF-STEM像をFigure 2(A)に、そのEDS元素マッピングをFigure 2(B)に示す。FFTパターンよりナノ粒子の表層部はPtとして、中心部はPt₂Gd合金としての存在が確認されたこと、EDS元素マッピングからはPtに対して粒子の中心部に偏ったGdの分布が観測されたことから、中心部がPt₂Gd―表層部がPtのコア・シェル型ナノ粒子が形成されていることを明らかにした。²

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Figure. 1 (A) Pt₂Gd/HMCSの (a) HMCS一粒子を含むTEM像²、(b) 合金ナノ粒子の拡大TEM像²。(B) Pt/C の (a) TEM像²、(b) 拡大TEM像²。

Figure. 2 (A) Pt₂Gd/HMCSの (a) 一粒子のHAADF-STEM像²、(b) STEM-EDS像 (Pt L_a + Gd L_a)²

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は科研費及びJST CRESTの支援を受けている。また、樋口公孝技師との共同研究として推進した。
発表論文
(1) C. Chen, S. Ikemoto, G. Yokota, K. Higuchi, S. Muratsugu, M. Tada, Phys. Chem., Chem. Phys. 2024, 26, 17979–17990. (selected as front cover and hot article 2024)
(2) T. Moriyama, S. Muratsugu, M. Sato, K. Higuchi, Y. Takagi, M. Tada, J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 1262–1270.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Chaoqi Chen, Low-temperature redox activity and alcohol ammoxidation performance on Cu- and Ru-incorporated ceria catalysts, Physical Chemistry Chemical Physics, 26, 17979-17990(2024).
   DOI: 10.1039/d4cp01432d
   
2. Takumi Moriyama, Pt₂Gd Alloy Nanoparticles from Organometallic Pt and Gd Complexes and Hollow Mesoporous Carbon Spheres: Enhanced Oxygen Reduction Reaction Activity and Durability, Journal of the American Chemical Society, 147, 1262-1270(2024).
   DOI: 10.1021/jacs.4c15181
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件