Development of real-time structure measurement system and structure visualization of nano-space under various sample environments

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04466
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: Kawaguchi Shogo 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (10749972)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河口 沙織 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (00773011) ; 久保田 佳基 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (50254371)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 放射光粉末X線回折 / 試料環境制御 / 時間分解計測 / その場構造計測

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to develop a real-time powder structure measurement system under a complex environment and using high energy X-rays. A precise temperature control system under gas atmosphere control has been developed, enabling measurements under temperature and pressure conditions from 5 - 473 K. 1 Pa to 1 MPa. Real-time powder structure measurement system with temporal resolution of a sub-second to millisecond was developed, which can be synchronized with a remote gas pressure controller, a spinner cell, and state-of-the-art X-ray detectors. Using the developed system, we were able to clarify the structural changes of CO2 and Ar gas adsorption processes of several porous metal frameworks and obtain the dynamic transformation of their framework structures.

Free Research Field

放射光X線回折

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した複合環境下での試料雰囲気制御技術、リアルタイム放射光粉末回折計測システムは、これまで観測できなかった吸着・反応プロセスを高精度に追従することが可能なシステムであり、吸着、触媒、電池材料等の研究において、吸着・反応過程における動的構造を実験的に計測することで、材料の効率や安全性の向上に寄与すると期待される。さらに、本システムの適応ガス種は様々であり、燃料貯蔵や二酸化炭素の捕捉など、エネルギーおよび環境に関する問題解決へも貢献すると期待される。