Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、主にバルク状態では相分離する金属元素の組み合わせを多元素高エントロピー効果により原子レベルで固溶化させることで、多くの新しいナノ物質を創製すると共に、革新的なナノ材料の開発を行う。研究代表者は、2010 年に、元素周期律表上でパラジウムの両隣に位置する銀とロジウムを原子レベルで固溶させることに世界で初めて成功し、Ag-Rh 固溶合金がパラジウムと類似の性質を有することを見出した。謂わば「現代の錬金術」とも言える成果であり、「人工パラジウム」「擬パラジウム」として世界中で広く報道された。
令和元年度には、化学還元法を用いて、5元、6元系ハイエントロピー合金の合成に成功しており、本年度は8元系貴金属固溶ナノ合金の合成に取り組んだ。また、昨年度、電極触媒として高い活性を示すことが分かった5元系および6元系ハイエントロピーナノ合金における触媒機構をX線光電子分光を始めとした各種分析を行うことで考察した。液相還元法により貴金属全8元素から構成されるRuRhPdAgOSIrPtAuナノ合金の合成に成功し、これらを任意の金属組成で合成することが可能となった。また、ソルボサーマル連続フロー合成装置を用いて、昨年度バッチ合成で得られていた5元系RuRhPdIrPtナノ合金の合成にも成功した。また、昨年度電極触媒として物性評価を行ったところ、5元系合金は燃料電池の半反応である水素発生反応(HER)において、酸性およびアルカリ性の両条件において高い活性を示し、それはベンチマークであるPt触媒より高活性を示すことが分かっていた。HERは反応基質である水素原子の吸着エネルギーが触媒金属のdバンドの重心と線形的な相関があるため、dバンド重心によりその活性が予想できることが知られている。そこで、放射光を用いた硬X線光電子分光法により、合成したナノ合金および単金属ナノ粒子の価電子帯の直接観察を行い、そのd-バンド重心と触媒活性の比較を行ったところ、酸性およびアルカリ性溶液共に、RuRhPdIrPtナノ合金触媒は単金属のd-バンド重心理論に従わない極めて高い触媒活性を示すことが分かった。これは、これまでd-バンド重心理論が単純な金属表面をモデルとした水素吸着エネルギーから構成されている点が相違を生んでいる可能性や、開発したHEAがこれまでとは異なる反応機構を示している可能性を示唆した。その他の成果として、排ガス浄化触媒用途や水電解触媒に関する論文などを公表した。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019
All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results, Peer Reviewed: 19 results, Open Access: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results, Invited: 11 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)
Advanced Materials
Volume: in press Issue: 16 Pages: 2005206-2005206
10.1002/adma.202005206
Nature Communications
Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1145-1145
10.1038/s41467-021-20956-4
Materials Advances
Volume: 2 Issue: 2 Pages: 684-687
10.1039/d0ma00883d
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 125 Issue: 1 Pages: 458-463
10.1021/acs.jpcc.0c08871
Journal of the American Chemical Society
Volume: 142 Issue: 32 Pages: 13833-13838
10.1021/jacs.0c04807
Volume: 142 Issue: 41 Pages: 17250-17254
10.1021/jacs.0c07143
Chemical Science
Volume: 11 Issue: 42 Pages: 11413-11418
10.1039/d0sc03373a
Volume: 11 Issue: 47 Pages: 12731-12736
10.1039/d0sc02351e
Physical Review B
Volume: 101 Issue: 12 Pages: 121406-121406
10.1103/physrevb.101.121406
Chemical Communications
Volume: 56 Issue: 92 Pages: 14475-14478
10.1039/d0cc05958g
Volume: 56 Issue: 85 Pages: 12941-12944
10.1039/d0cc05418f
Volume: 124 Issue: 16 Pages: 8663-8668
10.1021/acs.jpcc.0c01817
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 89 Issue: 9 Pages: 095002-095002
10.7566/jpsj.89.095002
210000158416
Volume: 124 Issue: 39 Pages: 21843-21852
10.1021/acs.jpcc.0c06813
RSC Advances
Volume: 10 Issue: 72 Pages: 44191-44195
10.1039/d0ra09981c
Volume: 142 Issue: 3 Pages: 1247-1253
10.1021/jacs.9b09219
Volume: 印刷中 Issue: 19 Pages: 5133-5137
10.1039/c9sc00496c
Chemistry Letters
Volume: 48 Issue: 9 Pages: 1062-1064
10.1246/cl.190338
130007703009
Volume: 48 Issue: 9 Pages: 1035-1037
10.1246/cl.190355
130007703014