ナノ材料のマルチモーダル計測法を開発

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今回開発した計測法を、ナノ材料の動作条件下におけるオペランド観察に用いることで、ナノ材料の機能と構造の因果関係を詳しく知ることが可能になります。従来は、複数の異なる計測法によりナノ材料の原子スケール構造とナノスケール構造を総当たり的に調べ、材料機能と構造の因果関係を推測する方法が用いられていました（図3左）。このような方法では、それぞれの計測において動作条件や試料状態の正確な再現が難しい場合に、個別に得られた情報間、およびそれらと材料機能との因果関係を正確に捉えることは困難です。これに対し、本計測技術を用いることで、同一の計測条件下で、原子スケールとナノスケールの構造が相互に関係しながら変化していく様子を詳細に知ることができます。さらに、この観察結果を別途モニターした反応効率などの機能指数の変化と突き合わせることで、ナノ材料の構造がどのように材料機能と関係しているかを、推測を挟まずに直接的に知ることが可能です（図3右）。このような知見は、ナノ材料の機能を最大化させる構造の予測につながり、革新的なナノ材料の開発に貢献することが期待できます。

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今後の予定

本計測法は、化学反応や材料劣化など、構造と機能が時間と共に変化していく場合に特に有効です。本計測法を燃料電池や触媒などの動作中におけるナノ粒子の観察に利用し、反応効率や劣化耐性の高いナノ粒子の開発に貢献します。また、本計測で得られる構造データを統合的に分析し、最適な構造や新機能を予測するマルチモーダル分析法の構築に取り組み、ナノ材料の設計手法として提供して、革新的な材料の開発に貢献します。

論文情報

掲載誌：Physical Chemistry Chemical Physics

論文タイトル：Simultaneous fast XAS/SAXS measurements in an energy-dispersive mode

著者：Tetsuroh Shirasawa, Wolfgang Voegeli, and Etsuo Arakawa

DOI：https://doi.org/10.1039/D4CP01399A