【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0087

利用課題名 / Title

金属-担体間で生じる界面化合物形成過程のその場透過電子顕微鏡観察

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）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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

Cuナノ粒子、光触媒、Ga2O3、液中プラズマ,ナノ粒子/ Nanoparticles,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子回折/ Electron diffraction,太陽電池/ Solar 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)

赤柄 誠人

所属名 / Affiliation

大阪公立大学　大学院工学研究科

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

小川智史,アジマ・アーリップ

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）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,共同研究/Joint Research

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

報告書データ / Report

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

本実験では金属担持酸化物光触媒であるCu/Ga₂O₃を100 Paの希釈水素雰囲気下で加熱した際に生じる表面化学反応のその場透過電子顕微鏡観察を実施した。金属担持触媒は有機合成や光触媒など様々な化学反応系で用いられており、金属種と担体化合物との組み合わせによって触媒活性が異なることはもちろんのこと、触媒の焼成条件によって金属-担体界面で生じる歪みや界面化合物などが活性に大きな影響を与えうる。特に、水素雰囲気の焼成で生じるStrong Metal-Support Interaction (SMSI)は大変興味深い金属-担体相互作用の一つである。本実験ではCu/Ga₂O₃などの触媒試料をWワイヤー上に担持し、水素雰囲気下で加熱した際に生じるSMSIの直接観察を目的として行った。

実験 / Experimental

Cu/Ga₂O₃試料は、Ga₂O₃が分散した水溶媒中において、液中プラズマ法[1]によってCuナノ粒子を合成することで得た。合成直後の試料は観察中のコンタミネーションの影響が大きいと予測されるため、真空中で100 ℃程度の予備加熱をすることで、表面上の不純物化合物の脱離を促した。その場透過電子顕微鏡観察は名古屋大学 超高圧電子顕微鏡施設の反応科学超高圧走査透過電子顕微鏡（JEM-1000K RS）を用いて実施した。試料室内に希釈水素（20% H2 in N2）を100 Paの圧力で導入しながら、試料加熱することでその場観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1に水素雰囲気下での加熱前後におけるCu/Ga₂O₃試料のTEM像を示す。加熱前はGa₂O₃粒子の輪郭がはっきりと確認でき、表面に不純物は認められないため、観察前に先んじて行った真空中での予備加熱によって清浄な表面が得られたものと思われる。一方で、水素雰囲気下で加熱を行いながら得た像では、Ga₂O₃粒子が分厚い膜によっておおわれていることが見て取れる。これは水素雰囲気下での加熱によって脱離した含炭素ガスが、電子線によって還元されることで生じた表面汚染物（コンタミネーション）と考えられる。また、観察場所によっては、コンタミネーションがロッド上に成長する様子をリアルタイム観察することができた。以上の結果から、真空中での予備加熱のみではコンタミネーションを防ぐのに十分な表面清浄化が行えていないことが分かる。今後の観察においては、装置に試料を導入する前においても、真空中で長時間の試料加熱をするなどによって、十分に不純物を除去する工夫が必要である。また、この時に用いた試料のCu担持量は1 wt%と少なく、視野内でCuナノ粒子を観察できることが稀であったため、観察用試料においてはCu担持量を増やす必要があるという知見を得ることができた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 In-situ TEM images of Cu/Ga₂O₃ before and after calcination in H₂

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

参考文献：[1] N. Saito et al., Thin Solid Films 518, 912 (2009).

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.

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