新規固溶体型合金ナノ粒子による元素戦略

• 研究課題/領域番号: 10J03504
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 草田 康平 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 金属ナノ粒子 / 固溶体 / 水素 / 触媒 / パラジウム / 固溶体合金 / ロジウム / 銀

研究概要

本研究の目的はバルクでは固溶体を得ることの出来ない合金系において、そのサイズをナノレベルまで小さくすることで新規の合金ナノ粒子を作製し、その構造や電子状態を、物性を通して理解することである。新規の固溶体型合金は、いわば新たな物性を持ちうる新規の元素と同等であり、材料開発をはじめとする研究範囲を益々拡大する可能性があることは明白である。我々は特に周期表において、レアメタルであるPdの周辺に存在する遷移金属の合金系に注目し、研究を行っている。本年度はこれまで作製してきた新規のAgRh固溶体ナノ粒子および、PdRu固溶体ナノ粒子、さらにfcc構造を有する新規のRuナノ粒子を中心に、他研究室と共同研究を行い、その構造、および触媒活性の検討を行った。その結果、既存の構造を有する金属ナノ粒子とは異なる物性を有することが明らかとなり、その内、fccRuやPdRu合金はCO酸化反応において、高活性を示すhcp構造のRuナノ粒子および、Rhナノ粒子よりも高い活性を示すことが明らかとなった。また、fccRuナノ粒子はこれまで作製された報告例はなく、本研究が世界初の事例となる。このfccナノ粒子はサイズ制御も容易に行え、hcp構造を有するRuナノ粒子とCO酸化反応に対する触媒特製のサイズ依存性について調べたところ、hcp構造のRuナノ粒子はサイズ減少に伴い、触媒能が向上するのに対し、fcc構造のRuナノ粒子はサイズが大きくなるにつれ、その触媒能が向上するといった全く逆の傾向が見られた。

研究成果

• [雑誌論文] Changeover of the Thermodynamic Behavior for Hydrogen Storage in Rh with Increasing Nanoparticle Size (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kusada, H. Kobayashi, R. Ikeda, H. Morita, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 42 号: 1 ページ: 55-56
  • DOI: 10.1246/cl.2013.55
  • NAID: 10031143798
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of Face-centered Cubic Ruthenium Nanoparticles : Facile Size-controlled Synthesis using the Chemical Reduction Method (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kusada, H. Kobayashi, T. Yamamoto, S. Matsumura, N. Sumi, K. Sato, K. Nagaoka, Y. Kubota, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 巻: 135 号: 15 ページ: 5493-5496
  • DOI: 10.1021/ja311261s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen-Storage Properties of Solid-Solution Alloys of Immiscible Neighboring Elements with Pd (2010)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada, Miho Yamauchi, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa, Yoshiki Kubota
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 132 ページ: 15896-15898
  • 査読あり
• [学会発表] The Properties and Structure of Novel PdRu Solid-solution Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada, Hirokazu Kobayashi, Yoshiki Kubota, Shoichi Toh, Syo Matsumura, Naoya Sumi, Katsutoshi Sato, Katsutoshi Nagaoka and Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: Japanese-German Symposium on Coordination Programming
  • 発表場所: The University of Munster, Germany
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] 新規PdRu固溶体ナノ粒子の構造と物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、久保田佳基、藤昇一、松村晶、角直哉、佐藤勝俊、永岡勝俊、北川宏
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学(本郷キャンパス)
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] 新規PdRu固溶体ナノ粒子の合成とその物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶応大学(神奈川)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Hydroge-Storage Properties and Syntheses of Immiscible Neighboring Elements with Pd (2011)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 3rd Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: デリー(インド)
  • 年月日: 2011-10-19
• [学会発表] 新規固溶体型合金ナノ粒子の合成と物性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 新規PdRu固溶体ナノ粒子の合成と水素吸蔵特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 学会等名: 第63回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] 新規固溶体型合金ナノ粒子の合成とその水素吸蔵特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Syntheses and Hydrogen-storage Properties of AgRh Solid-solution Alloy Nanoparticles (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kusada, H.Kobayashi, R.Ikeda, H.Kitagawa, Y.Kubota
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-18
• [学会発表] 新規固溶体型合金ナノ粒子の水素吸蔵特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 学会等名: 材料における水素有効利用研究会
  • 発表場所: 指宿いわさきホテル
  • 年月日: 2010-12-10
• [学会発表] Syntheses and Properties of AgRh Solid-solution Alloy Nanoparticles (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kusada, H.Kobayashi, R.Ikeda, H.Kitagawa, Y.Kubota
  • 学会等名: International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science
  • 発表場所: Makuhari, Chiba, Japan
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] PdRu合金ナノ粒子の合成と構造 (2010)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 学会等名: 第4回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Hydrogen-Storage Properties and Synthesis of Solid-Solution Type AgRh Nanoparticles (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kusada, H.Kitagawa, Y.Kubota
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010
  • 発表場所: Kyoto, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2010-07-06
• [図書] 化学と工業 (2011)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、北川宏
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: 日本化学会
• [図書] 燃料電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、山内美穂、北川宏
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 燃料電池開発情報センター
• [備考] 朝日新聞2010年12月31日
  • URL: http://www.asahi.com/car/news/OSK201012300105.html
• [備考] 読売新聞2010年12月30日
  • URL: http://www.yomiuri.co.jp/science/news/20101229-OYTIT00817.htm
• [産業財産権] 固溶体型PdRuナノ粒子触媒 (2012)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平、長岡勝俊、佐藤勝俊
  • 権利者名: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 出願年月日: 2012-09-18
• [産業財産権] fcc構造を有するRuナノ粒子及ひその合成方法 (2011)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平
  • 権利者名: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 2011-202735
  • 出願年月日: 2011-09-16
• [産業財産権] 固溶体型合金微粒子およびその製造方法 (2010)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平、牧浦理恵
  • 権利者名: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 出願年月日: 2010-04-23
  • 外国