Visualization of Structure/Reactivity of Heterogeneous Catalysts by Operando Spatio/Temporal Imaging XAFS

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01940
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Tada Mizuki 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (70396810)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: イメージング / XAFS / CT / オペランド計測 / 固体触媒

Outline of Final Research Achievements

We have developed XAFS-spectroscopy-imaging techniques combining hard X-ray imaging techniques and X-ray Absorption Fine Structure (spectroscopy) for the visualization of spatial element information inside solid materials. XAFS imaging provides spatial distribution of each element, oxidation state, local coordination structure inside solid particles and crystals and we visualized the reaction diffusions inside mixed oxides and solid catalysts by the XAFS imaging techniques. We succeeded in visualizing the oxidation reaction track inside ceria-zirconia solid-solution materials and redox reaction behaviors of Cr-doped iron oxide crystals for the first time.

Free Research Field

無機化学, 触媒科学, 物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

固体の機能性材料は、触媒をはじめとした様々な分野で用いられており、不均質な固体機能性材料中の元素の状態や分布、酸化状態の違い、局所構造の分布などはこれまで明らかにすることができなかった。本研究成果によって、不均質な固体材料中の個々の元素の化学状態の違いを可視化できるようになり、触媒特性や吸着特性などと関連する元素の反応分布や拡散を直接理解することができるようになった。