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2016 年度 実績報告書

白金担持グラフェンの原子構造・電子状態解析による高活性な低白金触媒材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15J04118
研究機関筑波大学

研究代表者

狩野 絵美  筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
キーワード透過型電子顕微鏡 / 金属単原子挙動 / その場観察 / グラフェン
研究実績の概要

白金(Pt)担持グラフェンは燃料電池の電極触媒材料として知られている。しかしPtは凝集して触媒効率が劣化するという問題があり、特に高機能化・高活性化が期待されている1 nm以下の原子やクラスターに関する実験報告例は極端に少ない。本研究では金属/グラフェンの構造を原子レベルで制御し少量で高活性な触媒材料とすることを目的として、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて金属/グラフェンの構造・挙動及び電子状態の原子分解能観察を行った。
昨年度末に申請者は走査型透過電子顕微鏡法(STEM)により、数個~数十個の原子からなるCuクラスターがグラフェン上で2次元平面状に規則的に並んでいく様子を捉えた。更に、電子エネルギー損失分光(EELS)によりこの2次元結晶は酸素を含むことが分かった。ロシアの理論研究グループと共同でこの特異な2次元結晶構造の安定性や特性に関して解析し、学術誌(Nanoscale)に論文を投稿・受理された。
また、2015年度の成果である「Cu単原子によるグラフェンの再構成」について更なる実験・解析を行い、Pt原子との違いを比較した。加熱環境下において電子線を照射すると、Cu原子はグラフェンを修復し、Pt原子はエッチングするという正反対の変形過程が見られた。この結果について学術誌(Applied Physics Express)に論文を投稿・受理された。
以上、TEM/STEMによる実験結果の解析及び理論研究グループとの共同研究により、学術誌2誌での論文発表を行うと共に、博士学位論文を執筆した。更に、カナダの研究グループとの共同研究により、海外での研究活動も行った。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] MISIS/RAS(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      MISIS/RAS
  • [雑誌論文] Opposite effects of Cu and Pt atoms on graphene edges2017

    • 著者名/発表者名
      E. Kano, A. Hashimoto, and M. Takeguchi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 10 ページ: 025104 1-3

    • DOI

      10.7567/APEX.10.025104

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] One-atom-thick 2D copper oxide on graphene2017

    • 著者名/発表者名
      E. Kano, D. G. Kvashnin, S. Sakai, L. A. Chernozatonskii, P. B. Sorokin, A. Hashimoto, and M. Takeguchi
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 9 ページ: 3980-3985

    • DOI

      10.1039/C6NR06874J

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Cu atoms at the edge of graphene2017

    • 著者名/発表者名
      Emi Kano
    • 学会等名
      Asian Graphene Forum
    • 発表場所
      Diamond Princess Cruise, Singapore, Singapore
    • 年月日
      2017-03-11 – 2017-03-15
    • 国際学会
  • [学会発表] High-resolution STEM observation of Cu clusters on graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Emi Kano
    • 学会等名
      Tsukuba Global Science Week
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-09-17 – 2016-09-17
  • [学会発表] One-atom thick two dimensional copper sheets on graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Emi Kano
    • 学会等名
      Microscopical Society of Canada 43rd Annual Meeting
    • 発表場所
      University of Alberta, Edmonton, Canada
    • 年月日
      2016-06-07 – 2016-06-10
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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