タ
コグラフ
-X
線吸収微細構造法の開発
～酸 素 吸 蔵 ・ 放 出材 料 の 酸 素 拡 散分 布 を 可 視 化
～
要旨 理化学研究所 理研 放射 科学総合研究 ン 構 可視化研究 高
橋 幸生 大阪大学大学院 学研究科准教授 広瀬 真研修生
大阪大学大学院 学研究科大学院生 元素可視化研究 唯 美津木
屋大学物質科学国際研究 ン 教授 石黒 志特別研
究員 共 研究
※ X
線
[1]
用い 試料 X 線吸 微 細構 XAFS
[2]
得 -XAFS法 開発 酸素吸蔵
放出 料
[3]
酸素拡散 可視化 成
X線 X線 可干渉性 ン
[4]
利用
ン 技術 あ 高い空間 解能 持 い 一方 XAFS法 試料 電
子状態や局所構 解析 方法 放射 主要 析 い
近年 放射 X線 集 試料 微視的 XAFS 得 顕
微XAFS法 盛 研究 い 集 素子 性能 実用的
空間 解能 制限 空間 解能 向 課題 い
今回 共 研究 X線 用い XAFS 得
-XAFS法 新 開発 実際 大型放射 施設
SPring-8[5]
測定 従来 顕微 XAFS 法 超え 空間 解能 酸素吸蔵
放出 料 XAFS 得 成 XAFS 解析 密度
価数 2 次元的 ン 相関 解析 酸
素拡散 様子 可視化 成
今後 -XAFS 法 端機能性 料 構 化
学状態 析 応用 期待
本 研 究 結果 化 学 会誌 ン ョ 版 Angewandte Chemie
掲載 今号 主要論文 本掲載誌 絵 ン 採
用
本研究 理研放射 科学総合研究 ン 主催 放射 連携研究 可視化物
質科学 H26-H30 一環 行わ 科学技術振興機構 JST 端計測
析技術 機器開発プ 暗視 X線 法 開発 日本学術
振興会 JSPS 科学研究費補助金 特別研究員奨励費 支援 行わ
※共同研究チーム
理化学研究所 放射 科学総合研究 ン 利用技術開拓研究部門 可視化物質科学研究 プ
構 可視化研究
研修生 広瀬 真
大阪大学大学院 学研究科 大学院生
研修生 啓 い
大阪大学大学院 学研究科 大学院生
特別研究員 研究当時 Nicolas Burdet
高橋 幸生 ゆ
大阪大学大学院 学研究科 准教授 元素可視化研究
特別研究員 石黒 志 い
客員研究員 松 公佑 い
屋大学大学院理学研究科物質理学専攻 化学系 助教
唯 美津木
屋大学物質科学国際研究 ン 教授
．背景
X 線 可干渉性 ン 利用 ン 技術 あ X 線
非常 高い空間 解能 感度 実現 X線顕微法 あ
放射 施設 中心 利用法 研究 進 い X線 従
来 ン 用い 試料像 結像 X 線顕微法 異 試料 回折強度 ン 位相回復計算 実行 試料像 再構成
ン 性能 制限 X 線顕微法 空間 解能 飛躍的 向
一方 X線吸 微細構 XAFS 法 X線吸 原子 局所的 電子状態 価
数 対称性 局所構 得 手法 あ 放射 最 用い 析法
一 近年 放射 集 用い 顕微XAFS法 研究 盛 行わ 不均一 試料中 微 領域 電子状態や動的構 調
い 集 素子 性能 実用的 空間 解能 100
nm 1nm 10億 1 程度 空間 解能 向
課題 い
．研究手法と成果
共 研究 X線 XAFS 高い空間 解能
-XAFS 法 試料 X線 位相 映 位相像 え
X線 吸 映 振幅像 再構成 必要 あ 高橋
従来 位相回復 改良 振幅像 定 的
再構成 可能
今回 白金 担持 ウ - ウ 複合酸化物 Pt/Ce2Zr2Ox：以
Pt/CZ-X 略 試料 用い CZ 非常 優 酸素吸蔵 放
出能 持 自動車排 浄化触媒 い 主触媒 あ 白金
担持 触媒系中 酸素 制御 役割 果
-XAFS 法 Pt/CZ-X 粒 子 観 察 大 型 放 射 施 設
SPring-8 理研専用 ンBL29XUL 行い 入射X線エ
ウ 元素 L3吸 端近傍 変化 29点 入射X線エ 酸
素吸蔵 異 3種類 試料Pt/CZ-7 Pt/CZ-8 Pt/CZ-7.6 い
回折強度 ン 得 位相回復計算 実行 位相像
振幅像 再構成 図 1 空間 解能 50nm 以 あ 従来 顕 微XAFS法 空間 解能 比 優 い
振幅像 エ 依存性 XAFS ペ 抽出 解析
ウ 密度 像 価数 像 出 図2 結果
Pt/CZ-7 Pt/CZ-8 粒子 い 3価 4価 ウ
均一 い 対 Pt/CZ-7.6 粒子 い 粒子内部 価数
い 存在 粒子表面 表面 接 い物質内部 中心 向 う
4価 3価 変化 傾向 あ 様子 明瞭 観察
図1 -XAFS法 概念図
全 射集 鏡 ウ L3吸 端近傍 エ 放射 Ｘ線 500nm 集
次 集 点 配置 試料 2次元走査 ャン 走査点 試料 X線
回折強度 ン 2次元X線検出器 計測 回折強度 ン 位相回復計算 実行
各入射X線エ 位相像 振幅像 再構成 最後 振幅像 エ 依
図2 -XAFS法 3種類 試料Pt/CZ-X X=7, 8, 7.6 観察結果 位相像 5.732keV 振幅像 5.732keV ウ 密度 像 ウ 価数 像 示 X線回折
強度 ン 位相回復計算 実行 試料像 再構成 再構成像 13nm あ
位相回復伝 関数 空間 解能 評価 50nm以 あ 従来 顕微XAFS法 比 優
い ウ 価数 像 見 Pt/CZ-7 Pt/CZ-8 粒子 い 3価 4価
ウ 均一 い 対 Pt/CZ-7.6 粒子 い 粒子表面 中心 向 う
4価 3価 変化 様子 明瞭 観察
ウ 密度 価数 相関 調 ウ 多い所
少 い所 ウ 価数 仕方 い 酸素拡散 過程 少
図3 Pt/CZ-7.6 ウ 密度 価数 相関解析 結果
ウ 密度 価数 類 プ 空間 Pt/CZ-7.6 ウ 密度像 価数像
5 5 領域 区 各領域 相関 調 次 プ 類 (i) 正 相
関： 内部 表面 酸化 赤 (ii) 負 相関：表面 内部 酸化 青 (iii) 縦方向 相 関：厚 一定 ウ 価数 ゆ 緑 (iv) 横方向 相関：領域全体 ウ 価数 均一 黄
(v) 相関
右 意 相関 密度-価数 (i) 赤 (ii) 青 (iii) 緑 (iv) 黄 示 い
．今後の期待
本研究成果 従来 顕微XAFS法 超え 空間 解能 酸素吸蔵 放出
料 XAFS 得 成 今後 -XAFS 法
端機能性 料 構 化学状態 析 応用 期待
現状 一 試料 数時間 測定時間 要 空間 解能 数十
nm SPring-8 X 線 輝度 10～100倍大 次世代放射 施設
数 測定時間 数nm 空間 解能 実現 端機能性 料 設計 開発 促進 期待
．論文情報
＜ ＞
Visualization of Heterogeneous Oxygen Storage Behavior in Platinum-Supported Cerium-Zirconium Oxide Three-Way Catalyst Particles by Hard X-ray Spectro-Ptychography
＜著者 ＞
Makoto Hirose, Nozomu Ishiguro, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Hirosuke Matsui, Mizuki Tada*, and Yukio Takahashi*
＜雑誌＞
Angewandte Chemie International Edition
．補足説明
[1] Ｘ線
ン Ｘ線回折 ン 手法 一 Ｘ線照射領域 う 試料 二次元的 走査 各走査点 ン 回折 ン 測定
回折 ン 位相回復計算 実行 試料像 再構成 手法
[2] Ｘ線吸 微細構 XAFS
X線吸 ペ 吸 端付近 固 構 XAFS 解析 X線
吸 原子 電子状態や 周辺構 情報 得 XAFS X-ray
Absorption Fine Structure 略
[3] 酸素吸蔵 放出 料
条件 酸素 吸蔵 放出 料 自動車排 浄化 系中 酸素 制御 必須 あ 用い
[4] 可干渉性 ン
波 波 合う 打 消 合 強 合 性質
[5] 大型放射 施設SPring-8
理化学研究所 所 兵庫県 播磨科学公園都 あ 世界最高性能 放射 生 出 施設 運転管理 利用者支援 高輝度 科学研究 ン 行 い
SPring-8 前 Super Photon ring-8 GeV 由来 放射 電子 等 い 度 電磁石 進行方向 曲 発生 強力 電磁波
SPring-8 遠赤外 可視 線 軟X線 経 硬X 線 至 幅広い波
