2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of electron microscopy for atomic-scale characterization of low-dimensional heterostructures
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22K04886
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ナノ構造 / ナノチューブ / 層状物質 / 電子顕微鏡 / 電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ナノチューブや原子膜など一次元や二次元のナノ物質の複合化によって作製される低次元ヘテロ構造を対象として、これらを構成する個々の原子を可視化すると同時に、その元素や電子状態を特定するための分析技術の確立を目的としている。具体的には、原子膜物質に生じた面内ヘテロ接合における局所的原子配置や、各層が異なる物質で構成された多層原子膜や多層ナノチューブなどのファンデルワールス（vdW）ヘテロ構造について、低加速（走査型）透過電子顕微鏡（(S)TEM）による原子レベル構造評価に取り組む。また高精度の電子エネルギー損失分光（EELS）分析により、低次元ヘテロ構造がもたらす電子特性や光特性などの物性変調のメカニズムの解明を目指す。
実施初年度である令和四年度は、低加速STEM-EELSによる二次元ナノ物質のヘテロ構造の原子レベル構造評価に着手した。具体的には、層状構造を有する遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）の代表例である二硫化モリブデン（MoS2）を金属ポルフィリン分子で修飾した複合ナノ構造を対象として、ポルフィリン分子に担持された金属単原子（コバルト、鉄、マンガン）の可視化と元素識別に取り組んだ。これらのヘテロ構造体に担持された金属単原子は電気化学的酸素還元反応（ORR）における触媒として作用することが確認されたため、低加速STEM-EELSにより実際に観察された原子レベル構造に基づき、金属単原子の存在部位とその触媒特性との相関を検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前記の通り本研究課題では、二次元ヘテロ構造を有する複合ナノ物質に対する低加速STEM-EELS分析に着手しており、原子レベル構造と単原子触媒機能との相関を検証するなど知見を集積しつつある。既にここで得られた成果の一部は論文として公表されている。一方、これら一連の観察実験に必要な装置や試薬などの物品等に関しても、本課題の予算によって概ね計画通りに導入され、本研究の遂行のために活用されている。以上の状況を踏まえて、本研究課題は現在まで概ね順調に進展しているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
実施二年目となる令和五年度も、引き続き低加速(S)TEM-EELSによる低次元ヘテロ構造の原子レベル構造評価を目的として研究を推進する。とくに本年度は各層が異なる元素や化合物で構成された多層ナノチューブ試料を対象とする分析にも着手し、一次元のvdWヘテロ構造体であるこれらの物質の原子レベル構造と物性との相関について検証を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究課題において使用中のドライ真空ポンプが故障により使用不能となり、代替品購入が急遽必要となったので、令和四年度の当初予算では不足したため前倒し支払い請求を行った。前倒し支払い請求は10万円単位と定められているので、実際の不足額である約11万円に対して20万円を前倒し支払い請求したため、結果的に9万円余が次年度使用額となった。次年度使用額は物品購入費に組み入れて、当初計画どおり次年度に必要となる試薬等の消耗品の購入に充当する計画である。
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