走査型透過軟Ｘ線顕微鏡による超軽元素２次元化学状態分析法の開発

• 研究課題/領域番号: 16K05022
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 大東 琢治 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 助教 (50375169)
• 研究協力者: 小杉 信博
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 走査型透過X線顕微鏡 / 高分解能２次元化学状態分析 / リチウムK吸収端分析 / リチウム検出 / 全反射型Zone Plate / 2次電子検出 / 軽元素分析 / 全反射型ゾーンプレート / 放射光 / 検出手法開発

研究成果の概要

走査型透過X線顕微鏡を用いて、炭素以下の原子番号の超軽元素、特にリチウムを対象とした、高空間分解能での化学状態分析手法の開発を行った。そのためには低エネルギーのX線を利用する必要があるので、回折効率が高く、長焦点で、高次光フィルターを兼ねた集光光学素子である、低エネルギー用フレネルゾーンプレートの開発を行った。これにより、走査型透過X線顕微鏡の利用可能エネルギー領域の低エネルギー側を50 eVまで拡張することに成功し、空間分解能約80 nmでリチウムK吸収端における顕微X線吸収スペクトルを取得可能となった。この手法を用いて、リチウムイオン電池電極試料の２次元顕微化学状態分析を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

エネルギー確保が社会的課題になる中、リチウムイオン２次電池はもはや切り離し難いほど、我々の生活に浸透している。しかし一方で、安全性や電池容量など、解決すべき課題は未だ多く残っている。その原因の一つは、リチウムの化学的・形態的挙動を検出、そしてその分析を行うための適切な手法が、これまで存在しなかったことである。本研究の成果は、その解明をもたらすものである。よって今後のリチウムイオン電池研究において、ブレイクスルーをもたらすものと期待される上に、海洋鉱物類に含有される資源探索や、隕石中にビッグバン由来のリチウムの痕跡を認めるなどと言った、新たなサイエンス分野の開拓も期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] Berlin Freie Universitat(ドイツ)
• [国際共同研究] NSRRC/淡江大学/中央研究院網站(その他の国・地域)
• [国際共同研究] Oulu Univerisity(フィンランド)
• [雑誌論文] Quantitative Distribution of DNA, RNA, Histone and Proteins Other than Histone in Mammalian Cells, Nuclei and a Chromosome at High Resolution Observed by Scanning Transmission Soft X-Ray Microscopy (STXM) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Shinohara, S. Tone, T. Ejima, T. Ohigashi, A. Ito
  • 雑誌名: Cells 巻: 8 号: 2 ページ: 164-164
  • DOI: 10.3390/cells8020164
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3-Dimensional Chemical Structures of an Isolated Cell Nucleus by a Scanning Transmission X-ray Microscope (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohigashi Takuji、Ito Atsushi、Shinohara Kunio、Tone Shigenobu、Inagaki Yuichi、Yuzawa Hayato、Kosugi Nobuhiro
  • 雑誌名: Microscopy and Microanalysis 巻: 24 号: S2 ページ: 400-401
  • DOI: 10.1017/s1431927618014289
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Origin of Magnetic properties in carbon Implanted ZnO nanowires (2018)
  • 著者名/発表者名: Y.F. Wang, Y.C. Shao, S.H. Hsieh, Y.K. Chang, P.H. Yeh, H.C. Hsueh, J.W. Chiou, H.T. Wang, S.C. Ray, H.M. Tsai, C.W. Pao, C.H. Chen, H.J. Lin, J.F. Lee, C.T. Wu, J.J. Wu, Y.M. Chang, K. Asokan, K.H. Chae, T. Ohigashi, Y. Takagi, T. Yokoyama, N. Kosugi and W.F. Pong
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 8 ページ: 7758-7758
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly Efficient 2D/3D Hybrid Perovskite Solar Cells via Low-Pressure Vapor-Assisted Solution Process (2018)
  • 著者名/発表者名: M-H. Li, H-H Yeh, U-S. Jeng, C-J. Su, H-W. Shiu, Y-J. Hsu, N. Kosugi, T. Ohigashi, Y-A. Chen, P-S. Shen, P. Chen, T-F. Guo
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 30 号: 30 ページ: 1801401-1801401
  • DOI: 10.1002/adma.201801401
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Discrimination of DNA and RNA distribution in a mammalian cell by scanning transmission soft X-ray microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinohara Kunio、Ito Atsushi、Ohigashi Takuji、Kado Masataka、Tone Shigenobu
  • 雑誌名: Journal of X-Ray Science and Technology 巻: 26 号: 6 ページ: 877-884
  • DOI: 10.3233/xst-180392
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] orphology control in polymerized high internal phase emulsion templated via macro-RAFT agent composition: Visualizing surface chemistry (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Khodabandeh, R.D. Arrua, B.R. Coad, T. Rodemann, T. Ohigashi, N. Kosugi, S.C. Thickett and E. Hilder
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 9 号: 2 ページ: 213-220
  • DOI: 10.1039/c7py01770g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatially Resolved Distribution of Fe Species around Microbes at the Submicron Scale in Natural Bacteriogenic Iron Oxides (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Suga, S. Kikuchi, Y. Takeichi, C. Miyamoto, M. Miyahara, S. Mitsunobu, T. Ohigashi, K. Mase, K. Ono and Y. Takahashi
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 32 号: 3 ページ: 283-287
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME17009
  • NAID: 130006105328
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Measurement Condition for 3-Dimensional Spectroscopy by Scanning Transmission X-ray Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki, A. Ito, K. Shinohara and N. Kosugi
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of In-Situ/Operando Sample Cells for Soft X-ray Transmission Spectromicroscopy at UVSOR-III Synchrotron (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, T. Ohigashi, N. Kosugi
  • 雑誌名: Synchrotron Radiation News 巻: 30(2) 号: 2 ページ: 3-7
  • DOI: 10.1080/08940886.2017.1289798
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] UVSOR-IIIの走査型透過X線顕微鏡における化学状態分析法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大東 琢治, 小杉 信博
  • 雑誌名: 放射光 巻: 29 ページ: 287-293
  • 査読あり
• [学会発表] BL4U spectromicroscopy beamline and its application from skin to steel (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi
  • 学会等名: I4FUTURE
  • 招待講演
• [学会発表] Application of soft x-ray spectro-microscopy beamline in UVSOR (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi and H. Yuzawa
  • 学会等名: ACSIN14 & ICSPM26
  • 国際学会
• [学会発表] 3-Dimentional Chemical Structures of an Isolated Cell Nucleus by a Scanning X-ray Transmission Microscope (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, A. Ito, K. Shinohara, S. Tone, Y. Inagaki, H. Yuzawa and N. Kosugi
  • 学会等名: XRM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] UVSORにおける走査型透過X線顕微鏡の現状と将来展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大東 琢治、湯沢 勇人
  • 学会等名: 東京大学物性研短期研究会 軟X線放射光科学のアップシフト
  • 招待講演
• [学会発表] Progress of STXM beamline in UVSOR-III and its application (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi and H. Yuzawa
  • 学会等名: Spectronanoscopy 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 走査型透過X線顕微鏡を用いた３次元化学状態マッピング法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大東 琢治、稲垣 裕一、伊藤 敦、篠原 邦夫、刀祢 重信、小杉 信博
  • 学会等名: 日本放射光学会年会
• [学会発表] STXM-CTによる3次元化学状態分析法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大東 琢治、稲垣 裕一、伊藤 敦、篠原 邦夫、小杉 信博
  • 学会等名: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 神戸芸術センター、兵庫県神戸市
  • 年月日: 2017-01-07
• [学会発表] Advances in Scanning Transmission X-ray Microscopy at UVSOR-III Synchrotron (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki and N. Kosugi
  • 学会等名: 24th Congress of the International Commission for Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Recent status of biological imaging at scanning transmission X-ray microscopy beamline (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi
  • 学会等名: 第26回バイオイメージング学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Advanced Analyses in Scanning Transmission X-ray Microscopy at UVSOR-III Synchrotron (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki and N. Kosugi
  • 学会等名: 24th International Congress on X-ray Optics and Microanalysis
  • 国際学会
• [学会発表] UVSORの走査型透過X線顕微鏡の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大東 琢治、稲垣 裕一、小杉 信博
  • 学会等名: X線結像光学シンポジウム
• [学会発表] Development of Scanning Transmission X-ray Microscopy for in situ/operando Chemical Analysis at UVSOR-III (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki and N. Kosugi
  • 学会等名: Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター、愛知県岡崎市（日本）
  • 年月日: 2016-11-22
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Scanning Transmission X-ray Microscopy for in situ/operando Chemical Analysis at UVSOR-III (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki and N. Kosugi
  • 学会等名: Mechanical Engineering Design of Synchrotron Radiation Equipment and Instrumentation
  • 発表場所: Cosmocaixa, the science museum of Barcelona（スペイン）
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] UVSOR-STXMを用いた応用顕微XAFS手法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大東 琢治、小杉 信博
  • 学会等名: 第19回XAFS討論会
  • 発表場所: 名古屋大学野依記念学術交流館、愛知県名古屋市
  • 年月日: 2016-09-03
• [学会発表] A QUANTITATIVE 3-DIMENSIONAL OBSERVATION METHOD FOR SCANNING TRANSMISSION X-RAY MICROSCOPY (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki, A. Ito, K. Shinohara and N. Kosugi
  • 学会等名: International Conference X-ray Microscopy
  • 発表場所: University of Oxford （イギリス）
  • 年月日: 2016-08-15
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical Applications of a Scanning Transmission X-ray Microscope Developed at UVSOR-III Synchrotron (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki and N. Kosugi
  • 学会等名: 39th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 発表場所: ETH Zurich （スイス）
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会