2018 Fiscal Year Annual Research Report
Aqueous phase synthesis method of Fe metal nanoparticles and its application for commercial materials
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17K18967
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (90312652)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 鉄ナノ粒子 / 酸化抑制 / 水溶液中合成 / 低温焼結材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
産業界で最も利用されている金属元素である鉄のナノ材料が出来れば、その高い表面エネルギーを応用し、融点より十分低い低温で構造材(ビルや橋、工場、車 など)を接合することが可能なため、産業構造を変えるような材料となりうる。しかしながら、鉄(Fe)のナノ粒子は実用化できていない。これは、Feは酸化しや すい、つまり還元析出させると表面酸化物層が形成し容易に内部まで酸化される、ためである。一方、申請者らは計算科学と機器分析を用いて原料溶液中の錯形 成反応と還元析出反応速度を制御することで、鉄と同様に容易に酸化する銅ナノ粒子などを、水溶液中で表面酸化物無しで合成することに成功している。本手法 を応用し、鉄ナノ粒子が合成可能となれば、産業界で広範囲に使用されている鉄製の構造用材料を、金属鉄の融点より十分低い温度(200-300℃程度)で接合可能 な、応用範囲の広い新規材料となると予想できる。そこで本研究では、水溶液中での鉄錯体の状態を計算科学で制御すると共に、析出表面の還元状態を錯形成で 維持することで、表面酸化物層の無い金属鉄ナノ粒子の水溶液中合成法の開発に挑戦した。
水溶液中の鉄錯体種の存在状態を、錯生成定数を用いた計算と機器分析を用いて予測し、計算結果に基づいた条件制御(pHや濃度)を行うことで、水酸化物を形成することなく水溶液中で安定な 鉄錯体を形成可能であることを明らかとした。本条件により生成した鉄錯体種の還元速度は、錯生成定数を介して電位により制御可能であり、結果として酸化被膜の形成を抑制した鉄ナノ粒子を合成可能であることを明らかとした。合成した金属鉄ナノ粒子は融点より十分に低い450℃で融解することを明らかとした。
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Research Products
(7 results)
