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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Three dimensional electric-field imaging at catalytic-interface

Research Project

Project/Area Number 21H01614
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石川 亮  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20734156)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords白金ナノ粒子 / 不均一触媒 / 高速電子顕微鏡法
Outline of Annual Research Achievements

TiO2(110)基板に担持された白金ナノ粒子は代表的な不均一触媒であり、排ガスの非毒処理や水素に関わる選択的反応の促進など、幅広い触媒として産業的にも重要な材料系である。同時に最も研究が行われてきた触媒モデル系材料でもある。今年度は、実際に利用される高温領域において、白金ナノ粒子の原子ダイナミクスに関する実験を実施した。これまでに培ってきた、清浄な試料作成技術および高精度・高安定な電子顕微鏡制御技術を組み合わせることにより、触媒活性時における白金ナノ粒子の原子ダイナミクスの追跡を行った。

我々の研究グループで独自開発を行っている高速電子顕微鏡法では、原子分解能を保持しつつ、40ミリ秒(512×512ピクセル)の高い時間分解能での観察が可能である。今年度は、白金ナノ粒子の凝集過程のごく初期段階を明らかにするため、比較的小さな白金3量体に注目した。高速電子顕微鏡法では、結像に関与する電子ドーズが極端に少ないため、白金単原子の観察が困難となる。そこで、時間平均像からTiO2基板のコントラストを取り除くこと画像処理法を検討し、白金3量体の位置変化を特定した。さらに、第一原理計算と組み合わせることにより、2次元投影像から白金3量体の3次元原子構造を再生する手法も開発した。以上より、白金3量体の3次元ダイナミクスの追跡に成功し、白金3量体は白金単原子と比較すると拡散速度が数桁小さくなることや特定の原子サイトを避けながら拡散する様子が明らかとなった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (40 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 2 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 12 results)

  • [Int'l Joint Research] Monash University(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      Monash University
  • [Int'l Joint Research] Universidad Complutense de Madrid(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      Universidad Complutense de Madrid
  • [Journal Article] Spatial and phase resolution in electron microscopy2024

    • Author(s)
      Ishikawa Ryo、Morishita Shigeyuki、Tanigaki Toshiaki、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: 72 Pages: 78~96

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfac045

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mixed anion effects on structural and electrochemical characteristics of Li<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub> for high-rate and durable anode materials2024

    • Author(s)
      Kim Hye-min、Kim Dae-wook、Hara Kenjiro、Shiiba Hiromasa、Charles-Blin Youn、Otal Eugenio、Tanaka Hideki、Teshima Katsuya、S?nchez-Santolino Gabriel、Ishikawa Ryo、Ikuhara Yuichi、Zettsu Nobuyuki
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry A

      Volume: 12 Pages: 7107~7121

    • DOI

      10.1039/d3ta03494a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultra-stable and highly reactive colloidal gold nanoparticle catalysts protected using multi-dentate metal oxide nanoclusters2024

    • Author(s)
      Xia Kang、Yatabe Takafumi、Yonesato Kentaro、Kikkawa Soichi、Yamazoe Seiji、Nakata Ayako、Ishikawa Ryo、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi、Yamaguchi Kazuya、Suzuki Kosuke
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 15 Pages: 851

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45066-9

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Real-time tracking of three-dimensional atomic dynamics of Pt trimer on TiO <sub>2</sub> (110)2024

    • Author(s)
      Ishikawa Ryo、Futazuka Toshihiro、Jimbo Yu、Kawahara Kazuaki、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 10 Pages: eadk6501

    • DOI

      10.1126/sciadv.adk6501

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct Imaging of Atomic Rattling Motion in a Clathrate Compound2024

    • Author(s)
      Tabata Koudai、Seki Takehito、Findlay Scott D.、Ishikawa Ryo、Tamura Ryuji、Ikuhara Yuichi、Shibata Naoya
    • Journal Title

      Small Science

      Volume: 4 Pages: 2300254

    • DOI

      10.1002/smsc.202300254

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fast reconstruction of scanning transmission electron microscopy images using Markov random field model2023

    • Author(s)
      Kusumi Taichi、Katakami Shun、Ishikawa Ryo、Kawahara Kazuki、Shibata Naoya、Okada Masato
    • Journal Title

      Ultramicroscopy

      Volume: 253 Pages: 113811~113811

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2023.113811

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Resolution does matter2023

    • Author(s)
      Ishikawa Ryo、Tanigaki Toshiaki、Fukuda Yoshiyuki
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: 72 Pages: 65~65

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfad010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] La-Al Intermetallic Alloy Anode for Realizing High-Energy Fluoride-Ion Battery2023

    • Author(s)
      Sasano Shun、Ishikawa Ryo、Kawahara Kazuaki、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 170 Pages: 120523~120523

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ad136e

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Atomistic defect analysis by atomic-resolution electron microscopy2024

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa
    • Organizer
      FMS2024
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] α-Al2O3粒界におけるHf拡散の原子機構の解明2024

    • Author(s)
      二塚 俊洋 石川 亮 横井 達矢 松永 克志 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本セラミックス協会年会
  • [Presentation] ハロゲン添加KSbF4のフッ化物イオン伝導2024

    • Author(s)
      川原 一晃 石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本セラミックス協会年会
  • [Presentation] 点欠陥構造解析に向けた電子顕微鏡法の開発と応用2024

    • Author(s)
      石川 亮
    • Organizer
      第6回固体化学フォーラム
    • Invited
  • [Presentation] Atomic-resolution STEM Image Denoising by Total Variation Regularization2023

    • Author(s)
      Kazuaki Kawahara Ryo Ishikawa Shun Sasano Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      The International Workshop on Advanced and In Situ Microscopies of Functional Nanomaterials and Devices 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Atomic-resolution STEM image denoising by total variation regularization2023

    • Author(s)
      Kazuaki Kawahara Ryo Ishikawa Shun Sasano Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      The 20th International Microscopy Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Realizing dynamic observations in atomic-resolution STEM2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa
    • Organizer
      International Workshop on Scanning Transmission Electron Microscopy
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Three-dimensional and high-spatiotemporal-resolution STEM imaging2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa
    • Organizer
      Seminar at Oak Ridge National Laboratory
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Three-dimensional imaging by STEM depth sectioning2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa
    • Organizer
      Chinese Electron Microscopy Society 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Three-dimensional imaging by STEM depth sectioning2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      IAMNano 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of high-spatiotemporal-resolution STEM imaging2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      10th International Workshop Spinel Nitrides and Related Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Three-dimensional and dynamic STEM imaging at atomic resolution2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      The 20th International Microscopy Congress
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Real-time Tracking of Atomic Dynamics2023

    • Author(s)
      Ryo Ishikawa Yu Jimbo Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      Microscopy and Microanalysis 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Atomistic Origin of Grain Boundary Resistivity in (Li3xLa2/3-x)TiO32023

    • Author(s)
      Shun Sasano Ryo Ishikawa Hiromichi Ohta Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      IAMNano2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nano-scale formation of tysonite precipitation in fluorite Ba0.6La0.4F2.42023

    • Author(s)
      Shun Sasano Ryo Ishikawa Kazuaki Kawahara Atsushi Mineshige Naoya Shibata Yuichi Ikuhara
    • Organizer
      The 20th International Microscopy Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional structure analysis of SrTiO3 Σ5 grain boundary by STEM depth sectioning2023

    • Author(s)
      Takahiro Imata Ryo Ishikawa Kazuaki Kawahara Shun Sasano Yuichi Ikuhara Naoya Shibata
    • Organizer
      IAMNano2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] α-Al2O3粒界における選択的Hf拡散機構の解明2023

    • Author(s)
      二塚 俊洋 石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本金属学会秋期講演大会
  • [Presentation] 異種元素の共偏析によるα-Al2O3粒界の構造転移2023

    • Author(s)
      二塚 俊洋 石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      新学術領域研究「機能コアの材料科学」 若手の会・領域全体会議 合同会議
  • [Presentation] 異価ドーパントの共偏析によるα-Al2O3粒界の構造転移2023

    • Author(s)
      二塚 俊洋 石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
  • [Presentation] 深さ断層法を用いたSrTiO3Σ5粒界の3次元構造解析2023

    • Author(s)
      今田 隆浩 石川 亮 川原 一晃 佐々野 駿 幾原 雄一 柴田 直哉
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
  • [Presentation] 深さ断層法によるSrTiO3Σ5粒界の3次元構造解析2023

    • Author(s)
      今田 隆浩 石川 亮 川原 一晃 佐々野 駿 幾原 雄一 柴田 直哉
    • Organizer
      新学術領域研究「機能コアの材料科学」 若手の会・領域全体会議 合同会議
  • [Presentation] 深さ断層STEM法によるSrTiO3Σ5粒界の3次元原子構造解析2023

    • Author(s)
      今田 隆浩 石川 亮 川原 一晃 佐々野 駿 幾原 雄一 柴田 直哉
    • Organizer
      日本金属学会秋期講演大会
  • [Presentation] (Li3xLa2/3-x)TiO3対称傾角粒界における原子・電子構造解析およびイオン伝導測定2023

    • Author(s)
      佐々野 駿 石川 亮 太田 裕道 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
  • [Presentation] フッ化物イオン電池用負極合金の充放電特性およびフッ化・脱フッ化機構2023

    • Author(s)
      佐々野 駿 石川 亮 川原 一晃 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • [Presentation] La基合金を用いた負極活物質の充放電特性およびフッ化・脱フッ化機構2023

    • Author(s)
      佐々野 駿 石川 亮 川原 一晃 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      電池討論会
  • [Presentation] 全三階変動を用いた原子分解能STEM像のノイズ除去2023

    • Author(s)
      川原 一晃 石川 亮 佐々野 駿 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
  • [Presentation] LaF3を基にしたフッ化物イオン伝導体の開発2023

    • Author(s)
      川原 一晃 石川 亮 佐々野 駿 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      電池討論会
  • [Presentation] 原子分解能STEM電子顕微鏡法による3次元欠陥構造解析2023

    • Author(s)
      石川 亮
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 走査透過型電子顕微鏡法2023

    • Author(s)
      石川 亮
    • Organizer
      第38回分析電顕討論会
    • Invited
  • [Presentation] 深さ断層STEM法による3次元電子顕微鏡法2023

    • Author(s)
      石川 亮 柴田 直哉 幾原 雄一
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
    • Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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