【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0133

利用課題名 / Title

ナノ触媒サイズ・表面構造制御

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）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

資源循環技術/ Resource circulation technology,ナノ粒子/ Nanoparticles,電子顕微鏡/ Electronic microscope

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)

笘居 高明

所属名 / Affiliation

東北大学学際科学フロンティア研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

Kripasindhu Sardar

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

早坂浩二

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

TU-520：透過電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

CeO₂はCe³⁺とCe⁴⁺間の可逆的な価数変化に伴う酸素欠陥の生成と回復を生じる、酸化・還元能を有する材料であり、近年では、ケミカルループプロセスにおける酸素キャリアとして利用が検討されている。本研究では、EuをCeO₂にドープすることにより、酸素吸蔵放出能を向上させること、さらにEuの蛍光を利用して酸素の吸蔵・放出度を分光学的に定量し、ケミカルループプロセス制御のパラメータとすることを目的とする。そのために本課題では、EuをドープしたCeO₂ナノ粒子の合成をまず行い、その形態と分散性を明らかにした。

実験 / Experimental

まず、Ce(IV)およびEu(III)のオクタン酸塩共沈前駆体を調製した。Naオクタン酸水溶液を超音波処理により完全に溶解し、別に調製した硝酸セリウムアンモニウムと硝酸ユウロピウムの混合溶液と反応させることで黄色の沈殿を得た。得られた前駆体はエタノールとアセトンで洗浄し、60℃で乾燥したのち粉末状とした。この前駆体を用いて、10 mL容量のバッチ式反応容器内に225 mgずつ分注し、5 mLの蒸留水を加えて密閉後、400℃で10分間加熱して超臨界水熱処理を行った。反応後、容器を氷冷し内容物をベンゼンで抽出し、メタノールで沈殿、遠心分離を行った後、最終的にシクロヘキサン中で分散させて凍結乾燥し、ナノ粒子を得た。得られた粒子について、粉末X線回折（Rigaku SmartLab）により、結晶相の同定、格子定数の算出、および結晶子サイズの評価をおこなった。さらに、シクロヘキサン中に分散させ、グリッド上に滴下・乾燥させたナノ粒子サンプルについて、JEOL JEM-2100Plusを用いて透過型電子顕微鏡（TEM）像を取得した。

結果と考察 / Results and Discussion

TEM観察の結果、得られたEuをドープCeO₂ナノ粒子は、約4.1 nmの平均粒径で均一なサイズ分布を有していることが明らかとなった。粒子は凝集しておらず、シクロヘキサン中では高い分散性を有していたことが分かる。低倍率のTEM像では、粒子が球状または近似球状を中心とした均質な形態を示しており、高倍率の画像では明瞭な格子縞が観察され、粒子は単一結晶であり、かつ高結晶性を有することが確認された。この結果から、Ce(IV)-Eu(III)-オクタン酸塩共沈前駆体を用いた超臨界水熱合成法では、分散性に優れ、構造が制御されたEuドープCeO₂ナノ粒子の作製が可能であることが示された。本手法は、他の多成分金属酸化物ナノ材料への応用も期待できる汎用性の高い合成アプローチと考えられる。

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.

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