環境セルを用いた気相中の酸化チタン光触媒反応の原子レベル3次元その場観察

• Project/Area Number: 07J11987
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: Japan Fine Ceramics Center
• Principal Investigator: 吉田 健太 Japan Fine Ceramics Center, ナノ構造研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 電子顕微鏡 / その場観察 / ガス環境制御 / 光触媒 / 酸化触媒 / ナノ材料 / 酸化チタン / ナノ粒子 / その場 / 三次元 / 表面

Research Abstract

ヨーク大学内のYork-JEOL Nanocentreで世界初の国産品(日本製)となる200-300kV型ガス環境制御球面収差補正透過電子顕微鏡の開発・導入に携わった。
「環境セル電子顕微鏡を用いた酸化チタンの酸化・還元その場観察」の研究を行った。
ガス導入セルに分圧・温度の制御機構に加えて、気体分子の検出機構を利用して、導入ガスに一酸化炭素や窒素酸化物を用いて光酸化・還元をその場観察した。
光触媒反応が進んでいるまさにその状況を、原子分解能で3次元その場観察(および記録)した。それにより、粒界や転位といった反応活性サイトを特定することができた。電子線回折(TED、CBED)・蛍光X線分析(STEM-EDX)によって得た、試料中のひずみ組成揺らぎの情報と紫外-可視光吸収スペクトルから酸化チタンの二次構造が光触媒活性に与える影響についての新たな知見を得た。
光触媒反応が進んでいるまさにその状況を、原子分解能で3次元その場観察(および記録)した。それにより、粒界や転位といった反応活性サイトを特定することができた。
(収束)電子線回折(TED、CBED)・蛍光X線分析(STEM-EDX)によって得た、試料中のひずみ組成揺らぎの情報と紫外-可視光吸収スペクトルから酸化チタンの二次構造が光触媒活性に与える影響を考察した。

Research Products

• [Journal Article] Highly active and selective supported iron oxide nanoparticles in microwave-assisted N-alkylations of amines with alcohols (2010)
  • Author(s): Camino Gonzalez-Arellano, Kenta Yoshida, Rafael Luque, Pratibha L.Gai
  • Journal Title: Green Chem (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantification of metallic nanoparticle morphology on TiO_2 using HAADF-STEM tomography" (2010)
  • Author(s): Shogo Sueda, Kenta Yoshida, Nobuo Tanaka
  • Journal Title: Ultramicrosc Elsevier, doi : 10.1016/j.ultramic. 2010.04.003.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient hydrogenation of carbonyl compounds using low-loaded supported copper nanoparticles under microwave irradiation (2010)
  • Author(s): Kenta Yoshida, Camino Gonzalez-Arellano, Rafael Luque, Pratibha L.Gai
  • Journal Title: Applied Catalysis A : General 379 Pages: 38-44
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient aqueous hydrogenation of biomass platform molecules using supported metal nanoparticles on Starbons(R) (2009)
  • Author(s): Rafael Luque, James H.Clark, Kenta Yoshida, Pratibha L.Gai
  • Journal Title: Chem.Comm. 35 Pages: 5305-5307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct observation of TiO_6 octahedron forming titanate nanotube by advanced transmission electron microscopy (2009)
  • Author(s): K.Yoshida, L.Miao, N.Tanaka, S.Tanemura
  • Journal Title: Nanotech. 20 Pages: 405709-405709
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The three-dimensional morphology of nickel nanodots in amorphous silica and their role in high-temperature permselectivity for hydrogen separation (2009)
  • Author(s): Kenta Yoshida, Yumi H Ikuhara, Seiji Takahashi, Tsukasa Hirayama, Tomohiro Saito, Shogo Sueda, Nobuo Tanaka, Pratibha L Gai
  • Journal Title: Nanotech. 20 Pages: 315703-315703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] イオン液体を用いた酸化チタン上のAu光電析過程の研究 (2008)
  • Author(s): 吉田健太, 野崎勉, 田中信夫
  • Journal Title: まてりあ 47 Pages: 650-650
  • NAID: 10024404593
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 電子線トモグラフィーによるナノ結晶性セラミックスの3次元定量解析 (2008)
  • Author(s): 吉田健太, 末田昇吾, 田中信夫
  • Journal Title: Ceramic Data Book 36 Pages: 119-123
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In situ high-resolution transmission electron microscopy of photocatalytic reactions by excited electrons in ionic liquid. (2007)
  • Author(s): K. Yoshida, T. Nozaki, T. Hirayama and N. Tanaka
  • Journal Title: J. Electron Microsc. 56 Pages: 177-180
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] イオン液体を用いた光触媒反応の電子顕微鏡研究 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、田中信夫
  • Journal Title: 触媒 49 Pages: 642-647
  • NAID: 10020010983
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 電子線トモグラフィーによる酸化チタン光触媒材料の反応界面の研究 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、牧原正樹、南原孝弘、山崎順、田中信夫
  • Journal Title: まてりあ 46 Pages: 791-791
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Quantitative high-resolution microscopy of size-controlled metallic nanodots on titania photocatalysts (2009)
  • Author(s): K.Yoshida, S.Tanemura, T.Torimoto, N.Tanaka, E.D.Boyes, P.L.Gai
  • Organizer: EMAG
  • Place of Presentation: Sheffield, UK
• [Presentation] Three-dimensional nanostructure and volume fraction measurements of porous titania photocatalysts by electron tomography and their relation to photo-catalytic activity (2009)
  • Author(s): K.Yoshida, N.Tanaka, E.D.Boyes, P.L.Gai
  • Organizer: Microscopy & Microanalysis
  • Place of Presentation: Richmond, Virginia
• [Presentation] 殺菌塗装剤への応用を目指した白金担持酸化チタン光触媒の大量合成 (2008)
  • Author(s): 吉田健太, 平山司, 種村栄, 鳥本司, 田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第64回学術講演会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2008-05-22
• [Presentation] STEMトモグラフィによる金属担持酸化チタンの三次元構造解析 (2008)
  • Author(s): 吉田健太, 野崎勉, 鳥本司, 田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第64回学術講演会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2008-05-22
• [Presentation] SiドープCNT配向膜の作製とTEMによる構造・組成評価 (2008)
  • Author(s): 丸山雄大, 吉田健太, 乗松航, 楠美智子
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第64回学術講演会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2008-05-22
• [Presentation] HAADF-STEM トモグラフィーによる金属担持酸化チタンの3次元解析 (2008)
  • Author(s): 末田昇吾, 吉田健太, 野崎勉, 田中信夫
  • Organizer: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] 二相系溶媒中光電析法を用いた金属ナノ粒子の担持法 (2008)
  • Author(s): 野崎勉, 大槻周佑, 吉田健太, 鳥本司, 田中信夫
  • Organizer: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] Quantitative STEM Tomography for Size-controlled Metallic Nanodots on Sintered Titania Photocatalysts (2008)
  • Author(s): K Yoshida, L Miao, T Hirayama, S Tanemura, N. Tanaka
  • Organizer: Microscopy and Microanalysis
  • Place of Presentation: Albuquerque, New Mexico
• [Presentation] Quantitative Electron Tomography of Size-controlled Metallic Nanodots on Sintered Titania Photocatalysts (2008)
  • Author(s): K. Yoshida, S. Sueda, T. Hirayama, S. Tanemura, T. Torimoto, Tanaka. N
  • Organizer: The 1st International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
• [Presentation] エネルギーフィルターTEM法を用いたNiO薄膜上のFe微粒子のサイズ分布測定 (2008)
  • Author(s): 近藤悠史, 吉田健太, 田中信夫
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] 微結晶試料の3次元形態を定量するための解析アルゴリズム (2008)
  • Author(s): 末田昇吾, 吉田健太, 田中信夫
  • Organizer: 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学
• [Presentation] HAADF-STEMトモグラフィーによる多孔質光触媒物質の空孔率と比表面積の測定 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、牧原正樹, 南原孝啓, 山崎順, 田中信夫
  • Organizer: 2007年秋季 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2007-09-06
• [Presentation] イオン液体中で光電析された金ナノ微粒子の三次元構造解析 (2007)
  • Author(s): 野崎勉, 吉田健太, 鳥本司, 田中信夫
  • Organizer: 2007年秋季 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2007-09-06
• [Presentation] In situ high-resolution transmission electron microscopy of Liquid phase photocatalytic reaction that uses excited electrons by ionic liquid (2007)
  • Author(s): K. Yoshida, T. Nozaki and N. Tanaka,
  • Organizer: Microscopy and Microanalysis
  • Place of Presentation: Fort Lauderdale, Florida
  • Year and Date: 2007-08-09
• [Presentation] STEMトモグラフィーによるポーラス材料の空孔率測定 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、平山司、田中信夫
  • Organizer: 第34回日本セラミックス協会東海支部 東海若手セラミスト懇談会夏季セミナー
  • Place of Presentation: 静岡県浜松市
  • Year and Date: 2007-06-29
• [Presentation] STEMトモグラフィーによるポーラスチタニア光触媒物質の空孔率測定 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、齋藤晃、山崎順、牧原正樹、田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第63回学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2007-05-22
• [Presentation] Rutile中の非化学量論組成酸化チタンがマクロな光吸収に及ぼす影響 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、南原孝啓、山崎順、齋藤晃、田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第63回学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2007-05-22
• [Presentation] イオン液体を用いた液相光触媒反応のその場観察 (2007)
  • Author(s): 吉田健太、野崎勉、鳥本司、田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第63回学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2007-05-21
• [Presentation] TBRT法による情報欠落領域の補間とメソポーラス白金への応用 (2007)
  • Author(s): 牧原正樹、吉田健太、山崎順、江口太郎、馬場則男、田中信夫
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第63回学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟市
  • Year and Date: 2007-05-21
• [Presentation] 殺菌塗装材への応用を目指した白金担持酸化チタン光触媒の大量合成 (2007)
  • Author(s): 吉田健太, 苗蕾, 種村榮, 野崎勉, 鳥本司, 田中信夫
  • Organizer: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
  • Year and Date: 2007-03-27
• [Presentation] EF-TEM法を用いたNiO薄膜上のFe微粒子の空間分布測定法 (2007)
  • Author(s): 近藤悠史, 吉田健太, 田中信夫
  • Organizer: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 千葉県船橋市
  • Year and Date: 2007-03-27
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属微粒子担持体の製造方法及びその担持体 (2009)
  • Inventor(s): 吉田健太、種村榮、田中信夫、鳥本司
  • Industrial Property Rights Holder: (財)ファインセラミックスセンター
  • Industrial Property Number: 2008-019023
  • Filing Date: 2009-01-30
• [Patent(Industrial Property Rights)] 紫外・可視・近赤外吸収スペクトル測定用試料ホルダー (2007)
  • Inventor(s): 吉田健太、平山司、佐々木優吉、田中信夫、齋藤晃、山崎順
  • Industrial Property Rights Holder: (財)ファインセラミックスセンター
  • Industrial Property Number: 2007-295355
  • Filing Date: 2007-11-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] 3次元構造観察用の試料支持台及び分度器、並びに3次元構造観察法 (2007)
  • Inventor(s): 吉田健太、平山司、山本和生、苗蕾、田中信夫、齋藤晃、山崎順
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学・(財)ファインセラミックスセンター
  • Industrial Property Number: 2007-235315
  • Filing Date: 2007-09-11