白金ナノ粒子にはいくつの電荷がありますか? 改善された高精度の電子線ホログラフィー技術のおかげで、単一の電子のレベルまで電荷を直接カウントすることで、この質問に答えることができるようになりました。 日本の九州大学と日立製作所の研究者によって開発されたこの技術は、科学者がより効率的な触媒を作成するのに役立つ可能性があります。
ナノ粒子から XNUMX つまたは XNUMX つの負電荷を除去するだけで、触媒としての挙動を大幅に変えることができます。 このため、金属酸化物表面上の個々のナノ粒子の荷電状態を決定することは、触媒工学にとって重要なタスクです、とチームリーダーは説明します 村上靖和、量子材料科学者 九州. 問題は、X 線光電子分光法など、これを行うための現在の技術では、多くのナノ粒子で平均化された電荷情報しか得られないことです。
電子ホログラフィー
新しい研究では、研究者は電子線ホログラフィー (透過型電子顕微鏡の一種) を使用して、酸化チタンの表面上のプラチナのナノ粒子によって生成される静電ポテンシャルを直接特定しました。これは、化学反応を加速する触媒として頻繁に使用される材料の組み合わせです。 . 電子ホログラフィーでは、電場および磁場と相互作用する電子は、電子の波動関数に位相シフトを生成します。これは、場と相互作用していない参照電子と比較することで識別できます。
村上らは、白金ナノ粒子の周囲の電場を測定することにより、それらに関連する「余分な」または「失われた」電子の数を決定しました。 彼らの測定では、ナノ粒子が XNUMX ～ XNUMX 個の電子を獲得または喪失する可能性があることが示されました。
研究者によると、プラチナの充電の背後にあるメカニズムには、プラチナと二酸化チタン (TiO) の仕事関数 (金属表面から電子を完全に引き抜くのに必要なエネルギー) の違いが関係している2）。 この違いは、TiO 上のナノ粒子の方向に依存します2 そして結晶格子の歪み。
機械的および電気的ノイズの低減
研究者の業績の中心的な要素は、日立が開発・運用する原子分解能1.2MVのホログラフィー顕微鏡に一連の改良を加えたことです。 この機器は、機械的および電気的ノイズを低減し、データを処理してノイズから信号をさらに引き出します、と村上氏は説明します。
量子ホログラフィーは、検出されていない光でオブジェクトを画像化します
「高精度の電子線ホログラフィーは、凝縮物質物理学、触媒作用を含む無機化学、スピントロニクス/半導体デバイス、新しいタイプのバッテリー、および包括的な電磁界解析が不可欠なその他の主題の最先端の研究に適用できます。」言う 物理学の世界.
この研究では、 科学, 研究者は、真空中の単一ナノ粒子の電荷を測定しました。 しかし、将来的にはガス環境で実験を繰り返すことを望んでいます。 「そのような研究は、機能する触媒が使用される条件を反映するでしょう」と村上は言います。
