革新的金属ナノ材料創製へ向けた結晶構造制御技術の確立

• 研究課題/領域番号: 15K17831
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 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, 特定助教 (50741857)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: ナノ粒子 / 金属 / 触媒 / 結晶構造 / 結晶構造制御 / 金属ナノ粒子 / fcc / hcp / ルテニウム / ロジウム / パラジウム / 白金

研究成果の概要

金属ナノ粒子の結晶構造制御方法の確立を目指し、放射光を用いたその場測定を通してのルテニウムナノ粒子の形成過程観察および、新規単金属または合金ナノ粒子の合成を行った。結晶構造制御には粒子形成過程での結晶核の構造が重要であることが示唆され、単金属では合成に用いる金属前駆体による効果、合金では異種の金属イオンを還元する速度の精密制御により、結晶核の構造が制御できることが分かった。さらに同じ元素を用いても、結晶構造が異なるとその触媒特性は異なり、結晶構造制御がさらに効率的な元素の使用へ繋がることが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Selective control of fcc and hcp crystal structures in Au?Ru solid-solution alloy nanoparticles (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Quan、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 510-510
  • DOI: 10.1038/s41467-018-02933-6
  • NAID: 120006384171
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solid-Solution Alloy Nanoparticles of the Immiscible Iridium-Copper System with a Wide Composition Range for Enhanced Electrocatalytic Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Fenglong、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Nanba Yusuke、Koyama Michihisa、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 57 号: 17 ページ: 4505-4509
  • DOI: 10.1002/anie.201800650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure-dependent Thermal Stability and Catalytic Performance of AuRu3 Solid-solution Alloy Nanoparticles (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Quan、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 47 号: 4 ページ: 559-561
  • DOI: 10.1246/cl.180047
  • NAID: 130006638876
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stacking fault density and bond orientational order of fcc ruthenium nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Okkyun Seo, Osami Sakata, Jae Myung Kim, Satoshi Hiroi, Chulho Song, L. S. R. Kumara, Koji Ohara, Shun Dekura, Kohei Kusada, Hirokazu Kobayashi, and Hiroshi Kitagawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 111 号: 25 ページ: 253101-253101
  • DOI: 10.1063/1.5006830
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First-Principles Calculation, Synthesis and Catalytic Properties of Rh1-xCux Alloy Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Komatsu, H. Kobayashi, K. Kusada, Y. Kubota, M. Takata, T. Yamamoto, S. Matsumura, K. Sato, K. Nagaoka, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Chemistry - European Journal 巻: 23 号: 1 ページ: 57-60
  • DOI: 10.1002/chem.201604286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Structure Evolution with Composition Alteration of RhxCuy Alloy Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Palina, O. Sakata, L. S. R. Kumara, C. Song, K. Sato, K. Nagaoka, T. Komatsu, H. Kobayashi, K. Kusada, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 41264-41264
  • DOI: 10.1038/srep41264
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Synthetic Pseudo-Rh: NOx Reduction Activity and Electronic Structure of Pd-Ru Solid-solution Alloy Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, H. Tomonaga, T. Yamamoto, S. Matsumura, D. Zulkifli, T. Ishimoto, M. Koyama, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa, K. Nagaoka
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28265-28265
  • DOI: 10.1038/srep28265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Size Dependence of Structural Parameters in fcc and hcp Ru Nanoparticles, Revealed by Rietveld Refinement Analysis of High-energy X-ray Diffraction Data (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Song, O. Sakata, L. S. R. Kumara, S. Kohara, A. Yang, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 31400-31400
  • DOI: 10.1038/srep31400
  • NAID: 120005860052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Origin of the Catalytic Activity of Face-Centered-Cubic Ruthenium Nanoparticles Determined from an Atomic-Scale Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: L. S. R. Kumara, O. Sakata, S. Kohara, A. Yang, C. Song, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 18 号: 44 ページ: 30622-30629
  • DOI: 10.1039/c6cp04088h
  • NAID: 120005856165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Studies of Metal Nanoparticles using High-energy X-ray Diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: L. S. R. Kumara, O. Sakata, S. Kohara, A. Yang, C. Song, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1741 ページ: 050016-050016
  • DOI: 10.1063/1.4952936
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress in the structure control of Pd-Ru bimetallic nanomaterials (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Wu, K. Kusada, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Journal of Science and Technology of advanced Materials 巻: 17 号: 1 ページ: 583-596
  • DOI: 10.1080/14686996.2016.1221727
  • NAID: 120006323759
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Route for Phase Control in Metal Nanoparticles: A Potential Strategy to Create Advanced Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kusada and H. Kitagawa
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 28 号: 6 ページ: 1129-1142
  • DOI: 10.1002/adma.201502881
  • 査読あり
• [雑誌論文] Creation of Novel Solid-Solution Alloy Nanoparticles on the Basis of Density-of-States Engineering by Interelement Fusion (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, K. Kusada, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 48 号: 6 ページ: 1551-1559
  • DOI: 10.1021/ar500413e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid Materials of Ni NP@MOF prepared by a Simple Synthetic Method (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mukoyoshi, H. Kobayashi, K. Kusada, M. Hayashi, T. Yamada, M. Maesato, Jared M. Taylor, Y. Kubota, K. Kato, M. Takata, T. Yamamoto, S. Matsumura, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 62 ページ: 10169-10172
  • DOI: 10.1039/c5cc04663g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dual Lewis Acidic/Basic Pd0.5Ru0.5-Poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) Alloyed Nanoparticle: Outstanding Catalytic Activity and Selectivity in Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: M.S. Kutubi, K. Sato, K. Wada, T. Yamamoto, S. Matsumura, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa , K. Nagaoka
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 7 号: 23 ページ: 3887-3894
  • DOI: 10.1002/cctc.201500758
  • 査読あり
• [学会発表] 新規な結晶構造を有する金属ナノ粒子の合成とその触媒特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 草田康平
  • 学会等名: 表面科学技術研究会2018 「ナノ粒子を取り巻く現状と今後の展望 －ナノ粒子応用への期待とリスク－」
  • 招待講演
• [学会発表] Selective control of crystal structure in solid-solution alloy; fcc and hcp phases in Au-Ru nanoparticles (2018)
  • 著者名/発表者名: Quan Zhang, Kohei Kusada, Dongshuang Wu, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota & Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] Development of Phase-Controlled Metal Nanoparticles for Catalytic Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada
  • 学会等名: The International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC) 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Au-Ru合金ナノ粒子の原子分解能HAADF-STEMトモグラフィー観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本 知一，重松 晃次，張 権，Jens Maebe，草田 康平，北川 宏，松村 晶
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第72回学術講演会
• [学会発表] PdRu-Rh固溶合金ナノ粒子の熱安定性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野 芳輝, 阿内 三成, 山本 知一, 草田 康平, 北川 宏, 松村 晶
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋期講演大会
• [学会発表] PtRu合金ナノ粒子の原子分解能STEMトモグラフィー観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本 知一, 重松 晃次, 草田 康平, 北川 宏, 松村 晶
  • 学会等名: 日本金属学会2017年秋期講演大会
• [学会発表] Syntheses and catalysis of phase-controlled nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada
  • 学会等名: Joint UK-Japan Symposium on Nanomaterials, Catalysis and Hydrogen Research
  • 国際学会
• [学会発表] 新規ロジウム炭化物の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 脇坂拓生、草田康平、山本知一、松村晶、Natalia Mueller、坂田修身、北川宏
  • 学会等名: 第15回京都大学物性科学センター講演会・研究交流会
• [学会発表] hcp及びfcc構造Ruナノ粒子の形成機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 荒木直樹、草田康平、吉岡聰、杉山武晴、伊奈稔哲、北川宏
  • 学会等名: XAFS夏の学校2017
• [学会発表] Synthesis of Rhodium Carbide Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuo Wakisaka, Kohei Kusada, Tomokazu Yammamoto, Syo Matsumura, Natalia Mueller, Osami Sakata, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: Joint UK-Japan Symposium on Nanomaterials, Catalysis and Hydrogen Research
  • 国際学会
• [学会発表] Atomic-resolution electron tomography of Ru alloy nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu Yamamoto, Koji Shigematsu, Zhang Quan, Kouhei Kusada, Hiroshi Kitagawa, Syo Matsumura
  • 学会等名: Joint UK-Japan Symposium on Nanomaterials, Catalysis and Hydrogen Research
  • 国際学会
• [学会発表] Development of New Alloy Nanomaterials for Catalytic Applications on the Basis of DOS Engineering (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada, Dongshuan Wu, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Katsutoshi Sato, Katsutoshi Nagaoka, Xie Wei, Nor Diana Binti Zulkifli, Yusuke Nanba, Michihisa Koyama, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県・横浜市）
• [学会発表] PtRu合金ナノ粒子の合成とその構造および物性の評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池渕 徹也、草田 康平、北川 宏
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県・横浜市）
• [学会発表] Synthesis of Au-Ru Solid-Solution Alloy Nanoparticles and Investigation of Their Catalytic Property (2017)
  • 著者名/発表者名: ZHANG, Quan; KUSADA, Kohei; YAMAMOTO, Tomokazu; MATSUMURA, Syo; KITAGAWA, Hiroshi
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県・横浜市）
• [学会発表] Crystal-structure Control of PdRu Solid-solution Nanoalloys and Catalytic Performance in Oxygen Evolution Reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: Dongshuang Wu, Kohei Kusada, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県・横浜市）
• [学会発表] 新規ロジウム炭化物の合成と同定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 脇坂 拓生, 草田 康平, 山本 知一, 吉岡 聰, 東原 登史希, 松村 晶, 北川 宏
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-25
• [学会発表] A Route for Phase Control in Metal Nanoparticles: Syntheses and Catalytic Properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada
  • 学会等名: EMN Meeting on Nanoparticles 2016
  • 発表場所: Peninsula Excelsior Hotel, Singapore
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子における相制御合成と新規材料開発手法としての可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 草田康平
  • 学会等名: 触媒学会ナノ構造触媒研究会講演会 『特異的ナノ構造のもたらす触媒作用』
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス（神奈川県・横浜市）
  • 招待講演
• [学会発表] Syntheses and Catalytic Properties of Phase Controlled Metal NPs (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada
  • 学会等名: 2nd Korea-Japan Joint Symposium on Hydrogen in Materials
  • 発表場所: Gachon university, Korea
  • 国際学会
• [学会発表] 新規ロジウム炭化物ナノ粒子の戦略的合成と構造決定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 脇坂拓生、草田康平、山本知一、吉岡聰、東原登史希、松村晶、久保田佳基、北川宏
  • 学会等名: ナノ学会第14回大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県・北九州市）
• [学会発表] 新規ロジウム炭化物の戦略的合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 脇坂拓生、草田康平、山本知一、吉岡聰、東原登史希、松村晶、久保田佳基、北川宏
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
• [学会発表] 新規ロジウム炭化物ナノ粒子の戦略的合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 脇坂拓生、草田康平、山本知一、吉岡聰、東原登史希、松村晶、久保田佳基、北川宏
  • 学会等名: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 北海道教育大学旭川校（北海道・旭川市）
• [学会発表] Syntheses and physical properties of AgRh solid solution alloy nanoparticles coated with HKUST-1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Guangqin Li, Hirokazu Kobayashi, Kohei Kusada, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Significant Enhancement of Hydrogen-storage Capacity and Speed in Metal Nanocrystals Covered with a Metal–organic Framework (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Guangqin Li, Kohei Kusada, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] PdRu solid-solution Nanoparticles: Size-controllable synthesis and size-dependent catalytic properties (2015)
  • 著者名/発表者名: Dongshuang Wu, Kohei Kusada, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-17
  • 国際学会
• [学会発表] Creation of new metal nanoparticles having non-equilibrium phases based on the “Crystal structure control” and “Inter-element-fusion” strategies (2015)
  • 著者名/発表者名: Kohei Kusada
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 分野別触媒研究の現状と将来動向-金属触媒 元素間融合・レアメタル代替、触媒年鑑２０１７ (2017)
  • 著者名/発表者名: 草田康平、小林浩和、北川宏
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 触媒学会
• [産業財産権] 固溶体ナノ粒子及びその製造方法並びに触媒 (2018)
  • 発明者名: 草田康平、北川宏、Wu Dongshuang、張権
  • 権利者名: 草田康平、北川宏、Wu Dongshuang、張権
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-021386
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] ＰｄＲｕ固溶体ナノ粒子、その製造方法及び触媒、ＰｔＲｕ固溶体ナノ粒子の結晶構造を制御する方法、並びにＡｕＲｕ固溶体ナノ粒子及びその製造方法 (2018)
  • 発明者名: Wu Dongshuang、北川宏、草田康平、張権、池渕徹也
  • 権利者名: Wu Dongshuang、北川宏、草田康平、張権、池渕徹也
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 外国
• [産業財産権] ＰｄＲｕ固溶体ナノ粒子、その製造方法及び触媒、ＰｔＲｕ固溶体ナノ粒子の結晶構造を制御する方法、並びにＡｕＲｕ固溶体ナノ粒子及びその製造方法 (2017)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平、吴冬霜、張権、池渕徹也
  • 権利者名: 北川宏、草田康平、吴冬霜、張権、池渕徹也
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-038497
  • 出願年月日: 2017-03-01
• [産業財産権] 金属ナノ粒子製造方法、その製造装置、並びにその金属ナノ粒子 (2017)
  • 発明者名: 草田康平、北川宏
  • 権利者名: 草田康平、北川宏
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-034839
  • 出願年月日: 2017-02-27
• [産業財産権] ：担持触媒の製造方法 (2016)
  • 発明者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 権利者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-035495
  • 出願年月日: 2016-02-26
• [産業財産権] ロジウム炭化物およびその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平、脇坂拓生
  • 権利者名: 北川宏、草田康平、脇坂拓生
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-040786
  • 出願年月日: 2016-03-03
• [産業財産権] ３元系固溶体微粒子及びその製造方法並びに触媒 (2016)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平
  • 権利者名: 北川宏、草田康平
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-040763
  • 出願年月日: 2016-03-03
• [産業財産権] PdRu合金電極材料およびその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 渡邉慶樹、宮嶋圭太、北川宏、草田康平
  • 権利者名: 渡邉慶樹、宮嶋圭太、北川宏、草田康平
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-073227
  • 出願年月日: 2016-03-31
• [産業財産権] 貴金属固溶体担持微粒子の製造方法 (2016)
  • 発明者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 権利者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-02-26
  • 外国
• [産業財産権] 高分子保護材フリー担持触媒の製造方法 (2016)
  • 発明者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 権利者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-02-26
  • 外国
• [産業財産権] 高分子保護材フリー担持触媒の製造方法 (2016)
  • 発明者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 権利者名: 草田康平、北川宏、池田泰之、丸子智弘、竹内正史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-02-26
  • 外国
• [産業財産権] 金属ナノ粒子製造方法、その製造装置、並びに金属ナノ粒子 (2015)
  • 発明者名: 北川宏、草田康平、阿川義昭、鳥巣重光、坂口賢至
  • 権利者名: 北川宏、草田康平、阿川義昭、鳥巣重光、坂口賢至
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-158737
  • 出願年月日: 2015-08-11
• [産業財産権] インドール誘導体の合成方法 (2015)
  • 発明者名: 永岡勝俊、クトゥビ ムハマド シャハジャハン、北川宏、草田康平
  • 権利者名: 永岡勝俊、クトゥビ ムハマド シャハジャハン、北川宏、草田康平
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-164995
  • 出願年月日: 2015-08-24