新金属相ナノ粒子群の創製と触媒機能の開拓

• 研究課題/領域番号: 16H03826
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 寺西 利治 京都大学, 化学研究所, 教授 (50262598)
• 研究協力者: 坂本 雅典 ; 佐藤 良太
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円); 2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: ナノ粒子 / 電子構造 / パラジウム / リン / 合金 / 局在表面プラズモン共鳴 / ナノ材料 / 金属化合物 / 触媒

研究成果の概要

本研究では、低周期dブロック金属ナノ粒子へのpブロック元素の導入や低酸化還元電位金属との合金化により電子構造を大きく変調し、貴金属ナノ粒子が従来もつ物性を凌駕する新金属相ナノ粒子群の創製を目的とした。低周期dブロック金属であるパラジウムと電気陰性度の近いpブロック元素リンとの化合物ナノ粒子であるPd-Pナノ粒子の合成に成功した。次に、Pd-P合金ナノ粒子と各種金属前駆体から、Pd-Pナノ粒子の単分散性を概ね保持したPd基合金ナノ粒子を生成させることに成功し、11族元素に類似したバンド構造をもつB2-Pd基合金が、新たに可視領域に局在表面プラズモン共鳴吸収を示すナノ粒子群であることを実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでに得ることができなかった貴金属と卑金属からなる新たな合金ナノ粒子の合成法を開発した。また、これまでに可視領域に局在表面プラズモン共鳴吸収を示す球状無機ナノ粒子として、金・銀・銅ナノ粒子以外の金属ナノ粒子があることを発見し、そのメカニズムを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Phase-segregated NiPx@FePyOz core@shell nanoparticles: ready-to-use nanocatalysts for electro- and photo-catalytic water oxidation through in situ activation by structural transformation and spontaneous ligand removal (2018)
  • 著者名/発表者名: Saruyama Masaki、Kim Sunwon、Nishino Toshio、Sakamoto Masanori、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Akiyama Seiji、Yamada Taro、Domen Kazunari、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 印刷中 号: 21 ページ: 4830-4836
  • DOI: 10.1039/c8sc00420j
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasmonic p-n Junction for Infrared Light to Chemical Energy Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Lian Zichao, Sakamoto Masanori, Vequizo Junie J. M., Ranasinghe C. S. Kumara, Yamakata Akira, Nagai Takuro, Kimoto Koji, Kobayashi Yoichi, Tamai Naoto, Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 6 ページ: 2446-2450
  • DOI: 10.1021/jacs.8b11544
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ligand Effect on the Catalytic Activity of Gold Clusters in the Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Eguchi, M. Sakamoto, and T. Teranishi
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 9 ページ: 261-265
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boosting photocatalytic overall water splitting by Co doping into Mn3O4 nanoparticles as oxygen evolution cocatalysts (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshinaga Taizo、Saruyama Masaki、Xiong Anke、Ham Yeilin、Kuang Yongbo、Niishiro Ryo、Akiyama Seiji、Sakamoto Masanori、Hisatomi Takashi、Domen Kazunari、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 印刷中 号: 22 ページ: 10420-10427
  • DOI: 10.1039/c8nr00377g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Layer-by-Layer Assembled Cocatalyst Films of S2?-Stabilized Ni3S4 Nanoparticles for Hydrogen Evolution Reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: Kim Sungwon、Nishino Toshio、Saruyama Masaki、Sakamoto Masanori、Kobayashi Hiroyuki、Akiyama Seiji、Yamada Taro、Domen Kazunari、Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: ChemNanoMat 巻: 3 号: 10 ページ: 764-771
  • DOI: 10.1002/cnma.201700220
  • 査読あり
• [学会発表] ヘテロ構造ナノ粒子の近赤外プラズモン励起キャリアダイナミクス計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 2019 OCUシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Near Infrared Plasmon-Induced Charge Separation in Heterostructured Nanoparticles (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 233rd ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノプラズモニクスの新展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第3回固体化学フォーラム研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Pseudomorphic Transformation of Nanocrystals by Element Replacement (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: ISMANAM2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New Plasmonic Chemistry of Nanocrystals toward Photoenergy Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 北京大学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学：元素置換による新しいナノ粒子の創り方 －プラズモニクスにおける錬金術－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Plasmonic Alloy Nanocrystals formed by Pseudomorphic Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学の開拓と近赤外プラズモニクスへの展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 錯体化学若手の会夏の学校
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学：元素置換による新しいナノ粒子の創り方 －プラズモニクスにおける錬金術－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第3回精密無機有機合成化学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ結晶の特異構造がもたらす高効率光エネルギー変換特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第22回名古屋大学VBLシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ仮晶化学：新しいナノ結晶の作り方 (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第3回OCU物質科学フロンティアシンポジウム
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪）
  • 年月日: 2017-01-06
  • 招待講演
• [学会発表] Pseudomorphic Transformation of Nanocrystals by Element Replacement (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 231st ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子を集めて入れ替える ～新しいナノ粒子の創り方と使い方～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 第7回CSJフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient Charge Separation in Heterostructured Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Teranishi
  • 学会等名: 5th CMS International Symposium on Photofunctional Chemistry and Molecular Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pseudomorphic Transformation of Nanocrystals by Element Replacement (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Teranishi
  • 学会等名: France-Japan Workshop
  • 発表場所: Strasbourg (France)
  • 年月日: 2016-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nano-pseudomorphic Chemistry: Novel Structural Transformation of Nanocrystals by Element Replacement (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Teranishi
  • 学会等名: Applied Nanotechnology & Nanomaterials
  • 発表場所: Ho Chi Minh (Vietnam)
  • 年月日: 2016-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無機ナノ粒子：設計の重要性と偶発の面白さ (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治
  • 学会等名: 日本セラミックス協会資源・環境関連材料部会講演会
  • 発表場所: 東京都立産業技術センター（東京）
  • 年月日: 2016-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] Nano-pseudomorphic Chemistry: Epochal Structural Transformation of Nanocrystals by Element Replacement (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Teranishi
  • 学会等名: ISSPIC-18
  • 発表場所: ユバスキュラ (Finland)
  • 年月日: 2016-08-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Formation of Novel Nanocrystals by Element Replacement (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Teranishi
  • 学会等名: ISCA Japan Workshop
  • 発表場所: アイルランド大使館（東京）
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] CSJ Current Review 32 プラズモンと光圧が導く物質科学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺西利治 他
  • 総ページ数: 196
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813920
• [備考] Teranishi Laboratory
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [備考] 研究室webページ
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [備考] Teranishi Laboratory
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/
• [産業財産権] 可視光プラズモニック合金ナノ粒子、その製造方法、及びその用途 (2017)
  • 発明者名: 佐藤良太、寺西利治、川脇徳久、信定克幸、飯田健二
  • 権利者名: 佐藤良太、寺西利治、川脇徳久、信定克幸、飯田健二
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-159786
  • 出願年月日: 2017