【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0134
利用課題名 / Title
貴金属酸化物単結晶薄膜の結晶構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
X線回折/ X-ray diffraction,電極材料/ Electrode material
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
轟 直人
所属名 / Affiliation
東北大学環境科学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
今野豊彦
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
目的：異種元素添加ルテニウム酸化物薄膜の結晶構造を明らかにする。用途：水電解水素製造装置のアノード反応である酸素発生反応のモデル電極実施内容：薄膜X線回折により薄膜の結晶構造解析を行った。
実験 / Experimental
市販のルチル構造を有するチタニア単結晶を基板とした。アセトンによる洗浄後、大気中、1000℃で基板の熱処理を行い、表面を平坦化した。その後、自作のアークプラズマ蒸着(APD)装置に試料を搬入し、酸素分圧0.5Pa下、400℃, 30minの予備熱処理を行った後、同条件下でルテニウムをターゲットとして反応性APDを行い、ルテニウム酸化物薄膜を20nm厚から30nm程度堆積した。その後、酸化促進と結晶性向上を目的に大気中, 400℃で予備熱処理を行い、ルテニウム酸化物単結晶薄膜を得た。作製薄膜試料表面に対し薄膜X線回折測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
予備検討により、使用したXRD装置は測定対象となる酸化物薄膜の構造解析に十分な性能を有することがわかったため、本試料を用いてin-planeモードによる酸化物薄膜のphiスキャンおよび2θ-χφスキャンにより構造解析を行った。Phiスキャンにより未添加のルテニウム酸化物薄膜はチタニア基板と同じ面内対称性を有することがわかり、基板と同じ結晶方位を保持し成長していることがわかった。異種元素添加時も基本は同様の対称性を有していたが、添加濃度が特定の濃度になると、基板とは異なる位置にサブピークが出現し、面内対称性が低下していることがわかった。2θ-χφスキャンから、ルテニウム酸化物は基板のチタニアとの格子不整合度に対応する格子ひずみが印加されており、このひずみ量は異種元素添加量に依存した。別途行った電気化学測定から、この異種元素添加薄膜試料は未添加試料に対し、水電解酸素発生反応に対し高い触媒特性を示すこと、特性向上は異種元素の添加量に依存することが明らかとなり、薄膜の対称性やひずみが触媒特性に影響する可能性が示唆された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Naoto Todoroki, “Surface and Interface Structure Contorol of Water Electrolysis Electrodes (Invited)”, PRiME2024, Honolulu, Hawaii, October 8 (October 6 – October 11), 2024.
- 岡山雄飛, 吉永智翔, 楢木奈桜美, 轟直人, 和田山智正, “貴金属酸化物単結晶薄膜電極の酸素発生特性”, 第55回セミコンファレンスおよび第37回東北若手の会,中山温泉,仙台,2024年12月15日(12月15日-16日)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件