ポイント
- 触媒ナノ粒子の表面構造や帯電状態は反応性に深く関与し、反応環境下でナノスケールかつリアルタイムで観察する技術の確立が強く求められてきた。
- 高感度の電子線ホログラフィーと環境制御型透過電子顕微鏡法の組み合わせにより、実環境を模擬したガス雰囲気中（ガスが充満している状態）で触媒ナノ粒子の表面構造や帯電状態の変化を直接可視化。
- 触媒材料の設計指針に新たな視点をもたらし、持続可能なエネルギー変換技術や脱炭素社会の実現に向けた次世代触媒の開発に貢献することに期待。
金属ナノ粒子触媒は、持続可能なエネルギー変換技術や脱炭素社会の実現に貢献する重要な材料です。これらの触媒における反応活性は、その表面構造や帯電状態に大きく依存することが知られていましたが、実際の反応環境下におけるナノスケールでの挙動についての理解は依然として不十分でした。
九州大学 大学院工学研究院の麻生 亮太郎 准教授、村上 恭和 教授、佐野 弘貴 氏（博士前期課程）、九州大学 超顕微解析研究センターの玉岡 武泰 助教（現：株式会社東レリサーチセンター）、大阪大学 産業科学研究所の吉田 秀人 准教授、九州大学 大学院総合理工学研究院の永長 久寛 教授、北條 元 准教授、大阪大学 大学院情報科学研究科の御堂 義博 特任准教授（常勤）、株式会社日立製作所 研究開発グループの谷垣 俊明 主管研究員らの研究グループは、高感度の電子線ホログラフィーと環境制御型透過電子顕微鏡法を組み合わせた手法により、実環境を模擬したガス雰囲気中で、酸化セリウム（CeO2）に担持（付着）した金（Au）ナノ粒子触媒の表面構造と帯電状態の変化を直接観察することに成功しました。観察の結果、酸素ガス導入時にAuナノ粒子表面が乱れ、負帯電が正帯電側へ変化することを発見しました。この変化は、ガスの導入と除去により可逆的に起こることから、表面構造と帯電状態の制御が可能であることを実証し、触媒設計の新たな指針を提示するものです。
本研究成果は、触媒表面における構造変化と帯電状態の関係を実時間・実空間で評価する新たな手法であり、次世代高性能触媒の設計への応用に貢献すると期待されます。今後は、より複雑な反応系や複数ガス環境下での動的挙動の解明が見込まれます。
本研究成果は、ドイツ科学誌「Advanced Science」オンライン版に2025年7月11日（金）（日本時間）に掲載されました。
本研究成果は、JSPS 科研費 （JP21H04623、JP23K21080、JP24H02205、JP25H01981、JP25H00804）、JST 創発的研究支援事業「環境制御技術による表界面ナノ構造評価」（JPMJFR235N）、風戸研究奨励賞（研究費助成）、物質・デバイス領域共同研究（基盤共同研究）の助成を受けたものです。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 PDF（3.74MB）
＜論文タイトル＞
- “Direct Visualization of Surface Structure and Charge States of Ceria-Supported Gold Catalysts Under Redox Conditions”
- DOI：10.1002/advs.202508554
＜お問い合わせ先＞
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九州大学 大学院工学研究院 准教授
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