【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0070
利用課題名 / Title
作動環境における機能性材料のオペランドＴＥＭ解析
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
外部利用/External Use
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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
環境浄化触媒,ナノ粒子/ Nanoparticles,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction,電子分光/ Electron spectroscopy
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)
田中 展望
所属名 / Affiliation
トヨタ自動車株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
武藤俊介
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
荒井重勇
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-101：反応科学超高圧走査透過電子顕微鏡システム
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、前年に続き環境制御型超高圧電子顕微鏡を用いて、材料を介したガス反応と表面・界面結晶構造/電子状態の相関を調査し、反応メカニズム解析に取り組む。また材料の結晶構造/電子状態データを使った新規用途探索の可能性検討にも取り組む。貴学JEM-1000K RSにて、材料を室温から600℃以上程度まで加熱しながら、模擬ガスを導入し、材料の実作動環境下でのオペランド計測（ガス反応分析および原子レベルその場観察）を実施する。
実験 / Experimental
粒径100nmオーダーの金属酸化物担体（ZrO2, CeO2, CeO2-ZrO2等）上に、Rhもしくは異元素添加Rhのナノ粒子を担持した粉末をモデル触媒として、自動車排ガス模擬環境下でのオペランドTEM解析を行う。
結果と考察 / Results and Discussion
排ガスを模擬したNO-CO混合ガス中での高分解能TEM観察から、反応中のPt添加Rh触媒ナノ粒子のサイズ依存的な挙動を発見した。比較的粗大な粒子（>4nm）は、全温度範囲を通して安定した構造を維持したが、微小粒子は絶えず形態・構造変化を繰り替えす動的挙動を示し、ガス吸着と脱離による構造変化が示唆された。図1は、同一微小粒子が連続的に示した3つの異なる構造のTEM像である。 また、EELSとHAADFを使用して、さまざまなサイズのナノ粒子における添加Ptの分布を調査した。図2はEELSマッピングの結果であり、微小粒子では、ほぼ均一なPt分布が見られるた。
このように、排ガス模擬環境下の触媒活性を示す時の触媒ナノ粒子の構造解析および添加元素の分布解析に成功し、ナノ粒子の原子レベル設計に繋がる知見を得ることができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1：NO-CO混合ガス中、300℃におけるPt添加Rh微小粒子の構造変化の様子
図2：Pt添加Rh粒子の(a)ADF-STEM像、(b)STEM-EELSで得られたRhおよびRh酸化物の分布、(c)STEM-EELSで得られたPtの分布
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Longshu Tang, Hiromochi Tanaka, Tetsuo Higuchi, Shigeo Arai, Shunsuke Muto, "Exploring Reaction Mechanisms of Rh-based Nanoparticle Catalysts Using an Operando TEM System", 18th International Congress on Catalysis, 令和6年7月14-19日
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