2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of Nanoporous Mo-based Alloy by Liquid Metal Dealloying and Application
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21J12719
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宋 瑞瑞 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | nanoporous metals / liquid metal dealloying / intermetallics / HER catalyst |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素製造反応触媒用のナノポーラスモリブデンコバルト金属間化合物の開発を完了しました。得られたナノポーラス構造の組成が均一であるように見える一連のNi-Co-Mo前駆体合金の製造が完了しました。 LMDプロセス中に温度と時間を調整することにより、ターゲットのナノ構造と組成が得られます。 9つのナノポーラスMo-Coの相組成に対して、d-金属触媒の特別な理論的再調整を実行する必要があります。最適化されたナノ構造と組成が完成し、ナノポーラスモリブデンコバルトの触媒性能が評価されました。上記の触媒の触媒活性と安定性の評価は完了しました。 Mo-Coシステムで得られたメカニズムは、Mo-FeシステムとMo-Crシステムにまで及びます。材料の調製条件を最適化することにより、より小さなサイズのMo-Co多孔質構造が得られ、その電極触媒性能が最適化されました。対称性と軌道の重なりの相組成が異なるため、異なる触媒活性が得られます。上記の材料を調製するための液体金属脱合金の熱力学および動力学を研究した。学術雑誌(Ruirui Song, Jiuhui Han*, Masayuki Okugawa, Rodion Belosludov, Takeshi Wada, Jing Jiang, Daixiu Wei, Yuan Tian, Mingwei Chen* & Hidemi Kato*. Ultrafine Nanoporous Intermetallic Catalysts by High-Temperature Liquid Metal Dealloying for Electrochemical Hydrogen Production, submitted to Nature Communications, Jan 10th, 2022, in revision.)の投稿が1件完了しました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
材料調製技術の観点から、液体金属脱合金法によりナノスケールの微細構造を持つ金属間化合物を調製することを革新的に提案しました。高融点金属とその金属間化合物のゆっくりとした拡散は、高温での構造の粗大化を効果的に抑制することができます。靭帯サイズの粗大化が完了しました。また、分子動力学シミュレーションと組み合わせることにより、上記の粗大化プロセスのメカニズムを解明し、このプロセスに対する「金属間化合物効果」の影響を提案します。材料用途としては、水素製造反応触媒用のナノポーラスモリブデン-コバルト金属間化合物の開発を完了しました。一連のNi-Co-Mo前駆体合金の製造を完了し、それらを使用して、均一な組成と最小寸法のナノポーラス構造を取得しました。最適化されたナノ構造と組成が完成し、ナノポーラスモリブデンコバルトの触媒性能が評価されました。上記の触媒の触媒活性と安定性の評価は完了しました。材料調製条件を最適化することにより、より小さなサイズのMo-Co多孔質構造が得られ、その電極触媒性能が最適化されました。さらに、密度汎関数理論計算と組み合わせることにより、触媒表面での水素の吸着と脱着の熱力学的プロセスが事前に決定されました。上記の結果は要約され、学術雑誌Nature Communicationsに提出されており、現在、最初のレビューコメントに回答しています。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の研究で、材料の準備と接触水素製造への応用が完了しました。 次に、「金属間化合物効果」について、液体金属脱合金化プロセスの速度論と熱力学をさらに発展させます。 具体的には、液体金属脱合金化プロセスの速度論的プロセスを研究することにより、「金属間化合物効果」が脱合金化プロセスにも影響を与えるかどうかを調査します。 さらに、熱力学的プロセスの研究を通じて、臨界反応温度が得られました。合金系と金属間化合物系の臨界反応温度を比較することにより、初期段階での金属間化合物の生成が界面反応に及ぼす影響を調べます。 上記の研究を通じて、液体金属の脱合金化プロセス全体に対する金属間化合物の形成の影響が解明されています。 さらに、それは材料の準備中の構造規制のための新しいアイデアを提供します。 さらに、触媒プロセスのメカニズム研究のために、密度汎関数理論計算作業がさらに改善されます。
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