電子顕微鏡によるナノ物質の原子レベル三次元構造観察法の検討

• 研究課題/領域番号: 19K05223
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分28030:ナノ材料科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 透過電子顕微鏡 / 電子エネルギー損失分光 / ナノ材料 / カーボンナノチューブ / グラフェン / ナノ粒子 / 電子顕微鏡 / 立体構造

研究開始時の研究の概要

本研究は、厚さが原子一個ないし数個分というきわめて薄いナノ物質を対象として、その厚さ方向を含む三次元の構造情報を透過電子顕微鏡（(S)TEM）により原子レベルで可視化するための実験的検証を目的とする。同時に、安定な試料支持法や試料ダメージのさらなる低減の方策に関しても検討も進め、より広範な物質の立体構造の可視化への展開を図る。

研究成果の概要

本研究では、低加速電圧条件下での透過電子顕微鏡観察によりナノ物質の高さ方向を含む立体構造情報を可視化するための実験的検証を目的として、各種のナノチューブ試料や金属ナノ粒子試料の原子レベル構造観察を実施した。内外層が異なる物質で構成された多層ナノチューブにおける各層の原子配列の特定をはじめ、金属ナノ粒子のコアシェル型構造や異種原子膜の面内接合部における欠陥構造、CNTの内包分子などの可視化を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、ナノ物質の立体構造のわずかな差異を検出・識別可能な技術を確立することにより、各物質の構造と密接に関係する化学的・物理的特性の解明に繋げ、その応用への道を拓くものである。本研究ではとくに各種のナノチューブ試料や金属ナノ粒子等に着目してその原子レベル構造を明らかにしたが、それら個々の成果自体が持つ学術的意義に加えて、より広範な物質の構造観察手法としての応用可能性を実証した点で大きな波及効果が見込まれる。

研究成果

• [雑誌論文] Tuning of photoluminescence intensity and Fermi level position of individual single-walled carbon nanotubes by molecule confinement (2022)
  • 著者名/発表者名: Chambard Romain、Moreno-Lopez Juan Carlos、Hermet Patrick、Sato Yuta、Suenaga Kazu、Pichler Thomas、Jousselme Bruno、Aznar Raymond、Bantignies Jean-Louis、Izard Nicolas、Alvarez Laurent
  • 雑誌名: Carbon 巻: 186 ページ: 423-430
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2021.09.072
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Blue emission at atomically sharp 1D heterojunctions between graphene and h-BN (2020)
  • 著者名/発表者名: Kim Gwangwoo、Ma Kyung Yeol、Park Minsu、Kim Minsu、Jeon Jonghyuk、Song Jinouk、Barrios-Vargas Jose? Eduardo、Sato Yuta、Lin Yung-Chang、Suenaga Kazu、Roche Stephan、Yoo Seunghyup、Sohn Byeong-Hyeok、Jeon Seokwoo、Shin Hyeon Suk
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 5359-5359
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19181-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Covalently functionalized layered MoS2 supported Pd nanoparticles as highly active oxygen reduction electrocatalysts (2020)
  • 著者名/発表者名: Perivoliotis Dimitrios K.、Sato Yuta、Suenaga Kazu、Tagmatarchis Nikos
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 12 号: 35 ページ: 18278-18288
  • DOI: 10.1039/d0nr04446f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] One-dimensional van der Waals heterostructures (2020)
  • 著者名/発表者名: Xiang Rong、Inoue Taiki、Zheng Yongjia、Kumamoto Akihito、Qian Yang、Sato Yuta、以下22名省略
  • 雑誌名: Science 巻: 367 号: 6477 ページ: 537-542
  • DOI: 10.1126/science.aaz2570
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deoxofluorination of graphite oxide with sulfur tetrafluoride (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Hiroki、Matsumoto Kazuhiko、Matsuo Yoshiaki、Sato Yuta、Hagiwara Rika
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 49 号: 1 ページ: 47-56
  • DOI: 10.1039/c9dt03782a
  • NAID: 120006773961
  • 査読あり
• [雑誌論文] Core?Shell Pd@M (M=Ni, Cu, Co) Nanoparticles/Graphene Ensembles with High Mass Electrocatalytic Activity Toward the Oxygen Reduction Reaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Perivoliotis Dimitrios K.、Sato Yuta、Suenaga Kazu、Tagmatarchis Nikos
  • 雑誌名: Chemistry ? A European Journal 巻: 25 号: 47 ページ: 11105-11113
  • DOI: 10.1002/chem.201901588
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Growth mechanism and handedness relation of one-dimensional van der Waals heterostructures (2021)
  • 著者名/発表者名: Yongjia Zheng, Akihito Kumamoto, Rong Xiang, Kaoru Hisama, Keigo Otsuka, Yuta Sato, Taiki Inoue, Shohei Chiashi, Daiming Tang, Qiang Zhang, Anton Anisimov, Esko Kauppinen, Kazu Suenaga, Yuichiro Ikuhara, Shigeo Maruyama
  • 学会等名: 第60回記念フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム