ハイエントロピー固溶ナノ合金の創製と新機能探索
Publicly Offered Research
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
19H05170
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北川 宏 京都大学, 理学研究科, 教授 (90234244)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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| Keywords | ハイエントロピー / ナノ合金 / 多元素 / 触媒 / 貴金属 / ナノ固溶合金 / 多元素工エントロピー / ナノ材料 / 多元素高エントロピー |
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| Outline of Research at the Start |
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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(35 results)
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[Journal Article] Highly Stable and Active Solid‐Solution‐Alloy Three‐Way Catalyst by Utilizing Configurational‐Entropy Effect2021
Author(s)
Kusada Kohei, Wu Dongshuang, Nanba Yusuke, Koyama Michihisa, Yamamoto Tomokazu, Tran Xuan Quy, Toriyama Takaaki, Matsumura Syo, Ito Ayano, Sato Katsutoshi, Nagaoka Katsutoshi, Seo Okkyun, Song Chulho, Chen Yanna, Palina Natalia, Kumara Loku Singgappulige Rosantha, Hiroi Satoshi, Sakata Osami, Kitagawa Hiroshi et al.
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: in press
Issue: 16
Pages: 2005206-2005206
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Efficient overall water splitting in acid with anisotropic metal nanosheets2021
Author(s)
Wu Dongshuang、Kusada Kohei、Yoshioka Satoru、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Chen Yanna、Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Song Chulho、Hiroi Satoshi、Sakata Osami、Ina Toshiaki、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 1145-1145
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Rational Synthesis for a Noble Metal Carbide2019
Author(s)
W. Takuo, K. Kohei, W. Dongshuang, Y. Tomokazu, T. Takaaki, M. Syo, A. Hiroshi, Y. Osamu, I. Kazutaka, O. Toshiya, P. Natalia, C. Yanna, K. Loku S. R., S. Chulho, S. Osami, X. Wei, K. Michihisa, K. Yoshiki, K. Shogo, A. Ryan L., A. Susan M., A. Elvis F., N. Hiroshi, K. Hiroshi
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 142
Issue: 3
Pages: 1247-1253
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Solid-solution alloy nanoparticles of a combination of immiscible Au and Ru with a large gap of reduction potential and their enhanced oxygen evolution reaction performance2019
Author(s)
Quan Zhang, Kohei Kusada, Dongshuang Wu, Naoki Ogiwara, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Tetsuo Honma, Hiroshi Kitagawa
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 印刷中
Issue: 19
Pages: 5133-5137
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Patent(Industrial Property Rights)] 担持触媒2020
Inventor(s)
草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
Industrial Property Rights Holder
草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
2020-035420
Filing Date
2020
Related Report
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