Experimental study on local structure changes in nanomaterials induced by low-voltage electron beam

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05948
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 佐藤 雄太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (90392620)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 電子顕微鏡 / ナノ材料

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、透過電子顕微鏡の新しい領域である低加速電圧において、電子線照射によってナノ物質に生じる局所的な構造変化のメカニズムの解明を目的として、ナノチューブや金属ナノ粒子などを対象に原子レベル構造観察を実施するものである。具体的には、カーボンや窒化ホウ素等のナノチューブへの欠陥導入の過程における、電子線の加速電圧やナノチューブ一本ずつの微細な構造の差異による影響を明らかにする。またグラフェンの原子空孔の拡大や、金属ナノ粒子の結晶化や表面・界面での原子の移動など、低加速電子線の照射下で生じる現象を直接捉え、加速電圧や照射量、試料温度、試料周囲の微量ガス等の要因について多角的検証を進めると同時に、より幅広いナノ物質を対象に低加速電子顕微鏡の応用を進めるための指針を得ることを目指している。
平成30年度は前年度に引き続き、単層のカーボンナノチューブ（CNT）に内包されたコバルトセンを前駆体とするCNT成長に着目した。加速電圧60kVの低加速TEM観察条件下では、コバルトセンから成長したCNTとコバルトクラスターとの接合部付近の原子レベル構造を、比較的安定に観察することが可能であり、成長温度による欠陥の有無等のCNTの構造の差異も確認された。
またコアシェル構造を有する金属ナノ粒子の一例として、ニッケルコアとパラジウムシェルから成るPd@Cuナノ粒子のSTEM観察にも着手した。加速電圧60kVにおける STEM-EELS観察によって、個々の粒子のコアシェル構造を大きく損なうことなく元素分布を観測するとともに、酸素還元反応やメタノール酸化反応における粒子の触媒特性について考察した。

Research Products

• [Journal Article] Fermi level shift in carbon nanotubes by dye confinement (2019)
  • Author(s): Y. Almadori, G. Delport, R. Chambard, L. Orcin-Chaix, A.C. Selvati, N. Izard, A. Belhboub, R. Aznar, B. Jousselme, S. Campidelli, P. Hermet, R. Le Parc, T. Saito, Y. SATO, K. Suenaga, P. Puech, J.S. Lauret, G. Cassabois, J.-L. Bantignies, L. Alvarez
  • Journal Title: Carbon Volume: in press Pages: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2019.04.041
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lithium fluoride/iron difluoride composite prepared by a fluorolytic sol-gel method: Its electrochemical behavior and charge-discharge mechanism as a positive electrode material for lithium secondary batteries (2019)
  • Author(s): S. Tawa, Y. SATO, Y. Orikasa, K. Matsumoto, R. Hagiwara
  • Journal Title: Journal of Power Sources Volume: 412 Pages: 180-188
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.11.046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chiral vector and metal catalyst-dependent growth kinetics of single-wall carbon nanotubes (2018)
  • Author(s): M. V. Kharlamova, C. Kramberger, Y. SATO, T. Saito, K. Suenaga, T. Pichler, H. Shiozawa
  • Journal Title: Carbon Volume: 133 Pages: 283-292
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.03.046
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High Rate Capability and Cyclability of CuP2/C Composite Negative Electrode for Sodium Secondary Battery Operating at Room to Intermediate Temperatures Using Ionic Liquid (2018)
  • Author(s): S. Kaushik, J. Hwang, K. Matsumoto, Y. SATO, R. Hagiwara
  • Journal Title: ChemElectroChem Volume: 5 Pages: 1340-1344
  • DOI: 10.1002/celc.201800206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymeric acid-doped transparent carbon nanotube electrodes for organic solar cells with the longest doping durability (2018)
  • Author(s): I. Jeon, C. Delacou, H. Okada, G. E. Morse, T.-H. Han, Y. SATO, A. Anisimov, K. Suenaga, E. I. Kauppinen, S. Maruyama, Y. Matsuo
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: 6 Pages: 14553-14559
  • DOI: 10.1039/c8ta03383h
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sulfur-doped graphene-supported nickel-core palladium-shell nanoparticles as efficient oxygen reduction and methanol oxidation electrocatalyst (2018)
  • Author(s): D. K. Perivoliotis, Y. SATO, K. Suenaga, N. Tagmatarchis
  • Journal Title: ACS Applied Energy Materials Volume: 1 Pages: 3869-3880
  • DOI: 10.1021/acsaem.8b00631
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research