ナノポーラス金属中の高密度ナノ双晶の導入過程の解明

• Project/Area Number: 17K14839
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Material processing/Microstructural control engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西本 一恵 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10586168)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: ナノ双晶 / 触媒材料 / ポーラス金属 / 透過型電子顕微鏡 / 双晶 / 格子欠陥 / ナノ材料 / 電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

Al-Cu金属間化合物を酸やアルカリ溶液に浸漬させAlを溶出させるリーチング処理により、数10nm以下の間隔で双晶欠陥が存在する組織をもつナノポーラス銅を作製した。
またリーチング条件を調整することで、さらに双晶境界の間隔が数nm間隔の高密度なナノ双晶欠陥を有するナノポーラス銅を作製し、それらは酸化やCO酸化に対し高い触媒能を示した。
XRDやTEMによってナノポーラス金属組織の詳細な評価を行い、ポーラスCu中の結晶ドメインは隣のドメインと90度の特異な方位関係をもった組織であることがわかった。特にCu内の双晶境界が111面に沿って存在し、その数nm間隔の高密度な双晶欠陥がポーラス組織の表面まで存在することで、その表面は211面で形成された数nmの凹凸で形成されている特異な組織であることがわかった。またDFT計算により、数nmの凸凹の表面組織は酸素などを吸着しやすいサイトである結果が得られた。
また母合金のAl2Cu金属間化合物の単結晶を一部リーチング処理して得たリーチング界面のTEM観察では、Al2Cuの正方晶の方位関係に起因してリーチング後のポーラス組織の結晶ドメインの方位関係が形成され、さらにナノ双晶欠陥が特異な角度関係で導入されている様子を観察した。
これらの知見は、金属触媒の触媒能を向上させるのに双晶欠陥などの欠陥組織が重要なファクターであることを示す結果であり、またを今後ナノ双晶などの特異な結晶欠陥組織の形成を制御する上で非常に重要な知見になりうる結果である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Slovak Academy of Sciences(スロバキア)
• [Journal Article] Fast Oxidation of Porous Cu Induced by Nano-Twinning (2018)
  • Author(s): Kazue Nishimoto, Marian Krajci, Takayuki Sakurai, Hirone Iwamoto, Mitsuko Onoda, Chikashi Nishimura, Jeng-Ting Tsai, Sea-Fue Wang, Satoshi Kameoka, and An-Pang Tsai
  • Journal Title: Inorg. Chem Volume: 57(5) Issue: 5 Pages: 2908-2916
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b03225
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isothermal Section of Ga–Ru–Cu Ternary Phase Diagram at 1073 K: Formation of New Ternary Phase, Ga₄Ru₃Cu, and Its Structural Relation with the GaRu β-Phase (2018)
  • Author(s): T. Hiroto, K. Honda, K. Nishimoto, K. Kitahara, and K. Kimura
  • Journal Title: MATERIALS TRANSACTIONS Volume: 59 Issue: 4 Pages: 575-579
  • DOI: 10.2320/matertrans.MBW201706
  • NAID: 130006549618
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new superlattice structure in the Al2.75Ir and Al2.63Rh 1/0 approximants (2017)
  • Author(s): K. Nishimoto, N. Yamaguchi, R. Tamura
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 809(1) Pages: 012010-012010
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Al-Cu-Ru 系1/1 近似結晶(α相)の構造についての再考 (2018)
  • Author(s): 李 天禹, 藤田 伸尚, 西本 一恵, 蔡 安邦
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 準結晶の近似結晶の構造相転移に関する研究 (2018)
  • Author(s): 西本一恵
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
  • Invited
• [Presentation] Gaをベースとした新規準結晶の探索と新規3元化合物の結晶構造 (2018)
  • Author(s): 本田和也, 廣戸孝信, 西本一恵, 北原功一, 木村薫
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Al-Cu-Ru系1/1近似結晶の単結晶作製と構造評価 (2017)
  • Author(s): 李天禹, 藤田伸尚, 西本一恵, 蔡安邦
  • Organizer: 日本金属学会2017年秋期講演大会