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

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07J11987
• 研究機関: (財)ファインセラミックスセンター
• 研究代表者: 吉田 健太 (財)ファインセラミックスセンター, ナノ構造研究所, 特別研究員(PD)
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [雑誌論文] Highly active and selective supported iron oxide nanoparticles in microwave-assisted N-alkylations of amines with alcohols (2010)
  • 著者名/発表者名: Camino Gonzalez-Arellano, Kenta Yoshida, Rafael Luque, Pratibha L.Gai
  • 雑誌名: Green Chem (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantification of metallic nanoparticle morphology on TiO_2 using HAADF-STEM tomography" (2010)
  • 著者名/発表者名: Shogo Sueda, Kenta Yoshida, Nobuo Tanaka
  • 雑誌名: Ultramicrosc Elsevier, doi : 10.1016/j.ultramic. 2010.04.003.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient hydrogenation of carbonyl compounds using low-loaded supported copper nanoparticles under microwave irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: Kenta Yoshida, Camino Gonzalez-Arellano, Rafael Luque, Pratibha L.Gai
  • 雑誌名: Applied Catalysis A : General 379 ページ: 38-44
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient aqueous hydrogenation of biomass platform molecules using supported metal nanoparticles on Starbons(R) (2009)
  • 著者名/発表者名: Rafael Luque, James H.Clark, Kenta Yoshida, Pratibha L.Gai
  • 雑誌名: Chem.Comm. 35 ページ: 5305-5307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of TiO_6 octahedron forming titanate nanotube by advanced transmission electron microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshida, L.Miao, N.Tanaka, S.Tanemura
  • 雑誌名: Nanotech. 20 ページ: 405709
  • 査読あり
• [雑誌論文] The three-dimensional morphology of nickel nanodots in amorphous silica and their role in high-temperature permselectivity for hydrogen separation (2009)
  • 著者名/発表者名: Kenta Yoshida, Yumi H Ikuhara, Seiji Takahashi, Tsukasa Hirayama, Tomohiro Saito, Shogo Sueda, Nobuo Tanaka, Pratibha L Gai
  • 雑誌名: Nanotech. 20 ページ: 315703
  • 査読あり
• [学会発表] Quantitative high-resolution microscopy of size-controlled metallic nanodots on titania photocatalysts (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshida, S.Tanemura, T.Torimoto, N.Tanaka, E.D.Boyes, P.L.Gai
  • 学会等名: EMAG
  • 発表場所: Sheffield, UK
  • 年月日: 20090908-20090911
• [学会発表] Three-dimensional nanostructure and volume fraction measurements of porous titania photocatalysts by electron tomography and their relation to photo-catalytic activity (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshida, N.Tanaka, E.D.Boyes, P.L.Gai
  • 学会等名: Microscopy & Microanalysis
  • 発表場所: Richmond, Virginia
  • 年月日: 20090726-20090730