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レーザーアブレーションによる新規合金ナノ粒子の合成とその触媒特性の評価

Research Project

Project/Area Number 19J15202
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

岡副 眞也  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsモリブデン / ルテニウム / 固溶体ナノ粒子 / 電極触媒 / 水素発生 / 超伝導 / 固溶合金 / ナノ粒子 / レーザーアブレーション / 熱分解
Outline of Research at the Start

本研究の概要はレーザーアブレーションと呼ばれる手法を用いて合金ナノ粒子を合成し、新規な触媒を開発することを目的としている。レーザーアブレーションの特徴は、熱により瞬時にバルク金属を原子まで分離し、凝集させることでナノ粒子を合成することである。そのため、合金ナノ粒子を構成する金属元素には、貴金属のみならずこれまでの手法では合成が困難であった非貴金属元素も扱うことが可能である。本研究ではこの手法による合金ナノ粒子の合成方法を確立することを目指す。さらに合成した新規合金ナノ粒子は化学反応を効率よく進行させる触媒として活用する。

Outline of Annual Research Achievements

構成元素が均一に分布したナノ粒子を固溶体ナノ粒子と呼ぶ。これまで合成されてきた固溶体ナノ粒子は後期遷移金属から構成されるものが主であった。安価で豊富に存在する前期遷移金属も固溶体ナノ粒子の構成元素の候補に挙がるが、合成上の問題からその報告例は少ない。本研究では前期遷移金属と後期遷移金属から構成される固溶体ナノ粒子を合成し、電子状態の解明と物性評価、特に触媒特性の評価を研究目的としている。
本年度は、昨年度合成したMoRu固溶体ナノ粒子のうちRuの割合が高い試料を炭素に担持し電極触媒とし、塩基性溶液中で水素発生反応に対する触媒活性を評価した。Ruのみから構成されるナノ粒子と触媒活性を比較した場合、特定の量の水素を発生させるために必要なエネルギーはMoRu固溶体ナノ粒子の方が低く、高い触媒活性を示すことを明らかにした。また、一般的に水素発生反応において高い触媒活性を示すと言われている白金(Pt)と比較した場合でも、MoRu固溶体ナノ粒子がより高い触媒活性を示すことを明らかにした。一方で、この触媒は長時間使用した際にはMoがMoRu固溶体ナノ粒子から溶出することを種々の測定から確認し、耐久性が低いという課題があることも明らかにした。
また、熱分解で合成したMoRuナノ粒子をさらに水素雰囲気下で熱処理することで調製した炭素を含んだ新規MoRuC固溶体ナノ粒子の物性探索を行った。このナノ粒子は表面が炭素で被覆されていたため触媒活性以外の物性探索を行ったところ、極低温下において超伝導特性を示すことを明らかにした。さらに組成に応じて超伝導転移温度は指数関数的に変化し、組成変化を反映して電子状態が変化していることが示唆された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Int'l Joint Research] ミュンヘン工科大学(ドイツ)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] First Observation of Superconductivity in Molybdenum-Ruthenium-Carbon Alloy Nanoparticles2021

    • Author(s)
      S. Okazoe, K. Kusada, Y. Yoshida, M. Maesato, T. Yamamoto, T. Toriyama, S. Matsumura, S. Kawaguchi, Y. Kubota, H. Kitagawa
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Issue: 4 Pages: 596-598

    • DOI

      10.1246/cl.200779

    • NAID

      130008025795

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Hydrogenation Catalytic Activity of Ruthenium Nanoparticles by Solid‐Solution Alloying with Molybdenum2021

    • Author(s)
      Okazoe Shinya、Staiger Lena、Cokoja Mirza、Kusada Kohei、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Kitagawa Hiroshi、Fischer Roland A.
    • Journal Title

      European Journal of Inorganic Chemistry

      Volume: 2021 Issue: 12 Pages: 1186-1189

    • DOI

      10.1002/ejic.202001141

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Synthesis of Mo and Ru solid-solution alloy NPs and their hydrogen evolution reaction activity2020

    • Author(s)
      Okazoe Shinya、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kitagawa Hiroshi
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 56 Issue: 92 Pages: 14475-14478

    • DOI

      10.1039/d0cc05958g

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Significant Enhancement of Hydrogen Evolution Reaction Activity by Negatively Charged Pt through Light Doping of W2020

    • Author(s)
      Kobayashi Daiya、Kobayashi Hirokazu、Wu Dongshuang、Okazoe Shinya、Kusada Kohei、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Aspera Susan Me?ez、Nakanishi Hiroshi、Arai Shigebumi、Kitagawa Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 142 Issue: 41 Pages: 17250-17254

    • DOI

      10.1021/jacs.0c07143

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Synthesis of Mo and Ru solid-solution alloy NPs and their hydrogen evolution reaction activity2021

    • Author(s)
      岡副眞也・草田康平・Wu Dongshuang・山本知一・鳥山誉亮・松村晶・河口彰吾・久保田佳基・北川宏
    • Organizer
      日本化学会第101回春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Mo-Ru固溶体ナノ粒子の合成と同定2020

    • Author(s)
      岡副眞也・草田康平・山本知一・鳥山誉亮・松村晶・河口彰吾・久保田佳基・北川宏
    • Organizer
      日本化学会第100回春季年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Mo-Ru固溶体ナノ粒子の合成と同定2020

    • Author(s)
      岡副眞也・草田康平・山本知一・鳥山誉亮・松村晶・河口彰吾・久保田佳基・北川宏
    • Organizer
      京都大学 第18回物性科学センター講演会・研究交流会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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