温州大学のYao Xiao教授のチームが主導した最近の研究により、バルク欠陥エンジニアリングと統合された表面再構成が、Na層状酸化物正極の長年の安定性の限界をどのように克服できるかが明らかになりました。 理論計算、放射光X線吸収分光法、共鳴非弾性X線散乱、球面収差補正走査透過電子顕微鏡法、オペランド電気化学質量分析法、および走査型電子顕微鏡を組み合わせることで、研究チームは、Y（イットリウム）誘起によるバルク欠陥制御と堅牢な再構成表面層が連携して、バルクと界面の両方の化学的性質を安定化できることを実証しました。 この戦略は、過剰な格子酸素の酸化とO-O二量体の形成を抑制し、Naイオンの輸送を改善し、遷移金属の溶出を低減し、格子歪みを緩和し、酸素レドックスの可逆性を高めます。その結果、高電圧Na層状酸化物正極における反応速度論、サイクル安定性、および電気化学的性能が大幅に向上しました。 この研究は「Surface Reconstruction-Integrated Bulk Defect Engineering Beyond Conventional Chemical Modulation for Na-Layered Oxide Cathodes（Na層状酸化物正極のための従来の化学変調を超えた表面再構成統合型バルク欠陥エンジニアリング）」と題され、Advanced Materials誌の2026年号に掲載されました。 なぜNa層状酸化物正極にはより優れた安定化が必要なのか コスト削減と耐用年数の延長という二重の目標が、エネルギー貯蔵システムの開発を推進し続けています。 ナトリウムイオン電池は、ナトリウム資源が豊富で比較的低コストであるため、ますます注目を集めています。その動作メカニズムもリチウムイオン電池と類似しており、大規模なエネルギー貯蔵のための有望な手段となっています。 候補となる正極材料の中で、一般式O3型 NaTMO2で表される遷移金属層状酸化物は、比較的高い理論容量、単純な合成、および比較的高いタップ密度を持つため、特に魅力的です。 しかし、高電圧での深い脱ナトリウム化は、一連の構造的および界面的な問題を引き起こします。 これには、相転移、遷移金属の移動、格子酸素の損失、および界面での副反応が含まれる可能性があります。これらのプロセスが組み合わさることで、構造崩壊、容量低下、粒子割れ、および粉末化が生じる可能性があります。 表面コーティング、バルクドーピング、酸素空孔制御といった従来の戦略は、バルク、表面、または界面の挙動の特定の側面を改善できますが、これら3つすべてを同時に最適化することは依然として困難です。 これらの課題に対処するため、温州大学のYao Xiao教授のチームは、マルチスケール特性評価ワークフローの一環としてCIQTEK走査型電子顕微鏡を用いた詳細な調査を実施しました。モデル正極としてO3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2を使用し、研究チームは表面再構成統合型バルク欠陥エンジニアリング戦略を開発し、バルク、表面、および界面の安定性を同時に制御しました。 研究チームは、材料に適切な量のYを導入することで、局所的な電子構造と欠陥化学を制御しました。 強力なY-O-TM結合効果は、酸素空孔に関連する電荷補償とともに、O 2p軌道の電子構造を調整し、過剰な格子酸素の酸化と、電荷局在化によって引き起こされるO-O二量体の形成を抑制します。 同時に、再構成された表面相は、界面でのNaイオン輸送を改善するだけでなく、界面での副反応や遷移金属の溶出を抑制するのに役立つ、機械的に堅牢なバリアを提供します。 その結果、酸素レドックスの可逆性と局所的な配位安定性の両方が大幅に向上し、電気化学的反応速度と電荷移動効率が改善されました。 研究チームは、理論計算、放射光X線吸収分光法、共鳴非弾性X線散乱、球面収差補正走査透過電子顕微鏡法、オペランド電気化学質量分析法、およびその他の高度な特性評価手法を用いて、これらの結論を裏付けました。CIQTEK走査電子顕微鏡も、構造解析を裏付ける重要な形態学的証拠を提供するために使用されました。 図1. 未処理およびY修飾Na層状酸化物正極の構造および組成の特性評価。 構造および組成の特性評価 最初の結果グループでは、未処理材料および修飾材料の結晶構造、電子状態、元素分布、およびマルチスケール形態を調査します。 粉末X線回折およびリートベルト解析により、修飾されたサンプルは六方晶O3層状構造を保持しており、Yを含む修飾に関連する弱い特徴的な回折特性のみが見られることが示されています。 わずかに拡大した格子定数は、修飾が全体的な層状フレームワークを破壊することなく、測定可能な構造的効果を生み出していることを示しています。 Ni K端X線吸収分光法およびフーリエ変換された広域X線吸収微細構造測定により、修飾が平均的な局所配位環境を変化させると同時に、NiO6八面体フレームワークの安定性を向上させることがさらに実証されました。 O K端軟X線吸収分光法は、電子スピン共鳴測定とともに、修飾材料中の酸素空孔濃度が増加していることを裏付けています。 深さ分解硬X線光電子分光法により、表面からバルクに向かうNaおよびYの化学状態の変化がさらに明らかになりました。 これらの結果は、Yを含む配位環境の存在を裏付けており、Yが局所的なY-O-TM配位構造に関与していることを示しています。 走査電子顕微鏡により、修飾された正極が球状の二次粒子形態を維持していることが示されています。 制限視野電子回折および高分解能電子顕微鏡により、修飾されたサンプルには表面再構成層が含まれている一方で、層状のバルク相が保持されていることがさらに明らかになりました。 元素マッピングにより、Ni、Fe、Mnが粒子全体に比較的均一に分布している一方で、Yは表面付近で濃縮され、内部に向かって勾配があることが示されています。 これらの観察結果は、バルク領域と表面領域の両方で修飾が成功したことを裏付けています。 図2. 未処理およびY修飾Na層状酸化物正極の電気化学的性能と反応速度論的挙動。 電気化学的性能と反応速度論 電気化学データは、修飾された正極が明確な性能上の利点を持つことを示しています。 0.1 Cでの定電流充放電曲線は、未処理材料には顕著な電圧ヒステリシスと比較的低い初期クーロン効率があることを示しています。 対照的に、修飾されたサンプルは、より低い充放電ヒステリシスと約94.1%の初期クーロン効率を示しており、反応の可逆性が向上していることを示しています。 微分容量解析により、修飾されたサンプルでは酸化還元ピークの分離がより小さいことがさらに示されています。 これは、レドックスの可逆性が向上し、電気化学的反応速度が速くなったことを示しています。 2.0 Vから4.0 V2.0 to 4.0 Vでのレート性能測定は、修飾された材料が異なる電流密度全体でより高い放電容量を維持することを示しています。 高レート時であっても、Y修飾正極は未処理材料に対して明確な容量上の利点を保持してい...

ラジカル中間体の形成を理解することは、電気化学反応の速度と選択性を制御する鍵となります。電極界面におけるこれらの短寿命種は結果を決定づけるため、最終生成物のみに頼ると、推測に過ぎないメカニズムにつながる可能性があります。 オペランドEPR 使用して CIQTEK ベンチトップ EPR200M 研究者はラジカルをその場で直接捕捉し、その形成順序と構造指紋をマッピングして、強力なメカニズムの証拠を得ることができます。 北京理工大学（孫在城/劉宜昌）、清華大学（楊海軍）、武漢大学（雷愛文）の最近の共同研究では、小説が紹介されました。 3Dプリントされた電解セル カスタマイズされた インサイチューEPR 高精度デジタル光処理（DLP）を用いて製造されたこのフラットセルは、電気化学システムとの再現性の高い統合を可能にします。 化学工学ジャーナル タイトルの下に オペランドEPR試験用の特注電解セル：アミノラジカルとフェノールラジカルの形成と正確な構造を明らかにする は、代表的な反応全体にわたってラジカル構造を発見するワークフローの能力を実証します。 方法論的ブレークスルー：再現性のあるオペランドEPRのための3Dプリントフラット電解セル 電気化学セルで一般的に使用される高誘電溶媒は、 EPR信号対雑音比 ラジカル検出が困難になる。フラットセル設計により誘電損失が軽減され、共振器のQ値が向上し、 オペランドEPR パフォーマンス。 物理的な特性に加え、セルは再現性を重視して設計されています。DLP 3Dプリンティングを用いることで、電極チャネル、位置決め構造、短絡保護が製造中に固定されます。これにより、手作業によるばらつきが排除され、システム抵抗が低減し、信号品質が向上すると同時に、機械的強度、溶媒適合性、そしてコスト効率も維持されます。 このアプローチは オペランドEPR ワークフローに 「標準化された構造コンポーネント + 再現可能な手順」 これにより、チーム間およびシステム間の再現性とメカニズムの比較が可能になります。 時間分解証拠はC-Nカップリングにおけるラジカル形成を追跡する インサイチューEPR 時間分解取得により、ラジカルをリアルタイムでマッピングし、どの種が最初に出現し、どのように進化するかを示すことができます。これにより、中間レベルで再現可能な証拠連鎖が得られ、メカニズムの理解は製品ベースの推論を超えたものとなります。 環化付加中間体は反応選択性を明らかにする 基質特異的スペ

の支援を受けて CIQTEK 走査型NV顕微鏡（SNVM） 清華大学の研究者らは、マルチフェロイックBiFeO₃におけるナノスケールのスピンサイクロイド構造を直接可視化した。この研究は、 先端機能性材料 は、結晶の対称性、磁気構造、異方性マグノン輸送を結び付ける欠けていた微視的証拠を提供し、SNVM がマグノニクスおよび低電力スピントロニクス研究の決定的なツールであることを強調しています。 研究 CIQTEK走査NVプローブ顕微鏡（SNVM）を使用 研究背景：マルチフェロイック酸化物におけるマグノン輸送 マグノン媒介スピン流は、磁気的に秩序化された絶縁体中をほぼゼロのエネルギー散逸で伝播できるため、次世代の低消費電力スピントロニクスデバイスとして非常に魅力的です。BiFeO₃などのマルチフェロイック材料では、強誘電秩序と反強磁性秩序の相互作用により、スピントロニクスにおける長年の目標であるマグノンの電場制御が可能になります。 このような期待にもかかわらず、菱面体晶相BiFeO₃（一般にR-BFOと呼ばれる）における弱い異方性マグノン輸送の微視的起源は未解明のままである。この課題を解決するには、ナノスケールの磁気構造を実空間で直接評価する必要があるが、これは従来の手法では長らく不可能であった。 技術的ボトルネック：直接的な磁気構造証拠の欠如 理論研究では、R-BFOはサイクロイドスピン構造を有し、マグノン輸送における強い異方性を抑制する上で重要な役割を果たすと予測されている。しかし、実験による確認は未だに得られていない。 X線磁気線形二色性などの従来の特性評価技術は、空間的に平均化された磁気情報しか提供できず、ナノスケールのスピンテクスチャを解明することができません。その結果、結晶の対称性、磁気構造、そしてマグノン輸送の間の論理的な関連性は、直接的な微視的磁気イメージングが不可能であったため、不完全なままでした。 CIQTEK SNVM アプローチ：直接ナノスケール磁気イメージング CIQTEK 走査型NV顕微鏡（SNVM） ナノメートルスケールの空間分解能と電子スピンレベルの磁場感度を組み合わせることで、これらの限界を克服します。これにより、機能性材料内部の複雑なスピンテクスチャによって生成される局所磁場を非侵襲かつ定量的にイメージングすることが可能になります。 この研究では、新セラミック材料国家重点実験室のイー・ディ教授と清華大学集積回路学院のナン・ティエンシャン教授が率いる研究チームが、 C

核融合は、その高い効率性とクリーンなエネルギー出力から、将来の重要なエネルギー源と考えられています。核融合炉では、技術的に成熟しており、費用対効果が高く、優れた冷却性能を持つ水冷却システムが広く使用されています。 しかし、依然として大きな課題が残っています。高温高圧下では、水と蒸気が構造材料を強く腐食します。この問題は核分裂炉では研究されてきましたが、核融合炉の環境はより複雑です。核融合装置特有の高強度かつ不均一に分布した磁場が腐食プロセスと相互作用し、詳細な研究を必要とする新たな技術的課題が生じています。 これに対処するため、中国科学技術大学の彭雷准教授のチームは、 CIQTEK 走査型電子顕微鏡（SEM） そして デュアルビーム電子顕微鏡 彼らは高温磁場蒸気腐食と高温水腐食の実験装置を構築した。 SEM、EBSD、FIB技術 研究者らは、0T、0.28T、0.46Tの磁場下で400℃で0～300時間の蒸気腐食後、および300℃で1000時間の高温水腐食後にCLF-1鋼上に形成された酸化膜を分析した。 研究に使用された CIQTEK SEM5000X 超高解像度電界放出SEM そして FIB-SEM DB500 研究の結果、酸化皮膜はクロムを多く含む内層と鉄を多く含む外層からなる多層構造を形成することが明らかになりました。皮膜の形成は5つの段階、すなわち、最初の酸化物粒子、次にフロック状構造、緻密層の形成、緻密層上でのスピネル構造の成長、そして最後にスピネルが割れて層状酸化物を形成するという段階を経て進行します。磁場の存在は腐食を著しく加速させ、外層のマグネタイト（Fe₃O₄）からヘマタイト（Fe₂O₃）への変化を促進し、層状酸化物の形成を促進します。本研究は、 腐食科学 、a 一流ジャーナル 腐食および材料劣化の分野における、タイトル： 「 低放射化フェライト/マルテンサイト鋼の高温蒸気腐食挙動に対する磁場の影響。 「 表面酸化膜の特性評価 高温蒸気（HTS）環境下において、CLF-1鋼の表面は時間の経過とともに異なる腐食状態を示します。研磨面では、初期段階（60時間）の酸化が小さな分散粒子として現れます。Fe/Cr比は基材と同程度であり、酸化層がまだ完全に形成されていないことを示しています。120時間後には、フロック状の酸化物が出現します。200時間後には、新たな酸化物粒子と局所的なスピネル構造を伴った緻密な酸化層が形成されます。 粗い表面は腐食が早く進みます。初期のフロック状の酸化物はより細かく均一に分布しています。200時間後にはスピネ�

新エネルギー、鉱業、冶金、電気めっき産業の急速な拡大に伴い、水域におけるニッケル汚染は環境の質と人々の健康に対する脅威として深刻化しています。工業プロセスにおいて、ニッケルイオンは様々な化学添加剤と相互作用し、非常に安定した重金属有機錯体（HMC）を形成することがよくあります。例えば、ニッケル電気めっきでは、コーティングの均一性と輝度を向上させるためにクエン酸（Cit）が広く使用されていますが、Citに含まれる2つのカルボキシル基はNi²⁺と容易に配位し、Ni-クエン酸（Ni-Cit）錯体（logβ = 6.86）を形成します。これらの錯体はニッケルの電荷、立体配置、移動度、そして生態学的リスクを大きく変化させるだけでなく、その安定性から従来の沈殿法や吸着法では除去が困難です。 現在、HMCを除去するための重要なステップは「複合分解」と考えられています。しかし、一般的な酸化処理や化学処理はコストが高く、操作が複雑です。そのため、酸化機能と吸着機能の両方を備えた多機能材料が有望な代替手段となります。 北京航空航天大学の研究者たちは、李暁民教授とファン・ウェンホン教授が率いる。 使用した CIQTEK走査型電子顕微鏡（SEM） そして 電子常磁性共鳴（EPR）分光計 徹底的な調査を行う 彼らはKOH修飾を用いた新しい戦略を開発した。 アルンド・ドナックス L. バイオ炭を用いて水からニッケル-Citを効率的に除去する。改良バイオ炭は高い除去効率を示しただけでなく、バイオ炭表面でのニッケル回収も可能にした。 「KOH修飾Arundo donax L.バイオチャールによるクエン酸ニッケルの除去：残留フリーラジカルの重要な役割」 は、最近出版されました 水研究 。 材料特性評価 バイオチャールは アルンド・ドナクス 葉にKOHを異なる質量比で含浸させた。SEM画像（図1）から以下のことが明らかになった。 元のバイオ炭 (BC) は、無秩序な棒状の形態を示しました。 1:1 KOH 対バイオマス比 (1KBC) では、整然としたハニカム状の多孔質構造が形成されました。 比率が 0.5:1 または 1.5:1 の場合、気孔は未発達または潰れていました。 BET 分析により、1KBC の表面積が最も大きく (574.2 m²/g)、他のサンプルを大きく上回っていることが確認されました。 SEMおよびBET特性評価 KOH 改質により、吸着と酸化還元反応の重要な要素である多孔性と表面積が劇的に向上するという明確な証拠が得られました。 図1. KOH 改質バイオ炭の調製と特性評価。 Ni-Cit除去におけるパフォーマンス 図2. （a）異なるバイオ炭による総Niの除去効率。 （b）Ni-Cit処理中のTOC変動 （c）Ni-Cit濃度が1KBCの除去効率に与える影響 （d）1KBCの除去性能に対するpHの影響 (e) 1KBCによるNi-Cit除去に対する共存イオンの影響 (f) 1KBCによるNi-Citの連続流除去性能。 （Ni-Cit = 50 mg/L、バイオ炭の投与量 = 1 g/L） バッチ実験では強力な除去性能が実証されました。 50 mg/L Ni-Cit および 1 g/L の材料投与量では、1KBC は 4 時間以内に総ニッケルの 99.2% を除去しましたが、BC では 32.6% でした。 TOC 除去率は 1KBC で 31% に達し、Ni-Cit が複雑な解離を起こし、その後 Ni²⁺ が吸着されることが確認されました。 100 mg/L Ni-Cit でも、除去効率は 93% 以上を維持しました。 1KBC は、広い pH 範囲 (pH > 5) にわたって優れた性能を維持しました。 リン酸は溶液の酸性化とNi²⁺との競合的錯形成により除去を著しく阻害しました。 連続フロー試験では、1KBC を充填した固定床反応器が 6900 分間稼働し、460 床容積を処理しながら、排出水の Ni を 0.5 mg/L 未満に維持しました。 処理後の材料特性評価 図3. Ni-Cit除去前（a）と除去後（b）の材料の形態とEDSの比較。 (c) 除去プロセス後の表面Ni 2pのXPSスペクトル。 回収されたバイオ炭（R1KBC）は次のことを示しています。 顕著な形態的変化は認められない。 EDS マッピングにより均一な Ni 分布が確認されました。 XPS スペクトルには Ni²⁺ と Ni³⁺ の両方のピークが示され、これは酸化複合体の解離の直接的な証拠です。 EPRに基づくROSの同定 図4. EPR測定: （a）バイオ炭によって生成されたTEMP捕捉¹O₂。 (b、c) バイオ炭によって生成されたBMPOに捕捉された•OHおよびO₂•⁻。 (d) パネル(c)の1KBC信号の超微細分割フィッティング解析。 使用して CIQTEK EPR分光計 研究チームはバイオ炭の表面で生成される活性酸素種（ROS）を特定した。 ¹O₂ : 1KBCでのみ強いTEMP–¹O₂三重信号（1:1:1、AN = 17.32 G）が観測されました。 おお : BMPO–•OH 四重奏は BC と 1KBC の両方で検出されましたが、1KBC の方がはるかに強力でした。 酸素 •⁻ : メタノール含有システムにおけるBMPO–•OOHシグナルを通じて同定されます。 1KBCは¹O₂、•OH、O₂のレベルが有意に高かった。 •⁻ BCよりも、KOH改質によって誘導される酸化還元活性の向上が確認されました。 フリーラジカル消去実験 図5. (a) ¹O₂の影響、(b) •OH、(c) O₂ •⁻ Ni-Cit除去効率について （d）Ni-Cit除去に対する異なるROSの阻害率。 消光剤、FFA（¹O₂）、p-BQ（O₂）を導入することにより、 •⁻ ）、メタノール（•OH）など、さまざまなROSの寄与を研究チームが定量化しました。 酸素 •⁻ 阻害（55％）＞¹O₂阻害（17％）＞•OH阻害（12％） このランキングは、 酸素 •⁻ 支配的な役割を果たす Ni-Cit の分解および複合体の解離において。 PFRの役割とROS生成メカニズム 図6. （a）バイオ炭中の表面PFRの検出 (b) PFR消光がバイオ炭によるNi-Cit除去に及ぼす影響 (c) ¹O₂、(d) •OH、(e) O₂ •⁻ 1KBCおよびTEA処理サンプルのシグナル。 (f) ROS変換経路の概略図。 バイオ炭中の残留フリーラジカル（PFR）はROS生成と密接に関連しています。EPRの結果は以下のとおりです。 1KBC は BC よりもはるかに高い PFR 濃度を示しました。 PFR の g 値は 2.0034 で、酸素に隣接する炭素中心ラジカル (例: フェノキシラジカル) の特性を示します。 トリエチルアミン (TEA) は PFR を効果的に消光し、Ni-Cit 除去効率を約 50% に低下させ、ROS レベルを大幅に低下させました。 メカニズム（図6f）： 溶存酸素はバイオ炭の表面に吸着します。 PFRは電子をO₂に伝達し、 酸素 •...