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金属溶湯脱成分法によるナノポーラスモリブデン合金の製造と応用

研究課題

研究課題/領域番号 21J12719
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
審査区分 小区分26010:金属材料物性関連
研究機関東北大学

研究代表者

宋 瑞瑞  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードnanoporous metals / liquid metal dealloying / intermetallics / HER catalyst
研究開始時の研究の概要

LMD は、その応用元素が貴な金属に限定される従来の(電気)化学的脱成分法とは異なり、反応成分元素間の相互作用に則って冶金的に設計された脱合金化方法であるため、卑金属や半金属等のポーラス化をも可能にする。特に、卑金属である上に、高融点金属であって他の金属よりも著しくキネティクスが遅く、従来の(電気)化学的脱成分反応が著しく遅い Mo やその合金においても、LMD を用いれば、高温金属液体中で生じる高速拡散が、ナノポーラス体の形成を容易にすると考えた。適切に合金および組成設計をすれば、ナノポーラス Mo-M 系合金において、触媒活性のみならず安定性をも改善することが可能である。

研究実績の概要

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(Song, Ruirui, Jiuhui Han, Masayuki Okugawa, Rodion Belosludov, Takeshi Wada, Jing Jiang, Daixiu Wei et al. "Ultrafine nanoporous intermetallic catalysts by high-temperature liquid metal dealloying for electrochemical hydrogen production." Nature communications 13, no. 1 (2022): 5157.)の発表が1件完了しました。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Johns Hopkins University(アルメニア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Ultrafine nanoporous intermetallic catalysts by high-temperature liquid metal dealloying for electrochemical hydrogen production2022

    • 著者名/発表者名
      Song Ruirui、Han Jiuhui、Okugawa Masayuki、Belosludov Rodion、Wada Takeshi、Jiang Jing、Wei Daixiu、Kudo Akira、Tian Yuan、Chen Mingwei、Kato Hidemi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 5157-5157

    • DOI

      10.1038/s41467-022-32768-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Ultrafine Porous Intermetallic Compounds by High-Temperature Liquid Metal Dealloying for Electrochemical Hydrogen Production2022

    • 著者名/発表者名
      Ruirui Song
    • 学会等名
      Visual-JW 2022& DEJI2MA-2
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultrafine Porous Intermetallic Compounds by High-Temperature Liquid Metal Dealloying for Electrochemical Hydrogen Production2022

    • 著者名/発表者名
      Ruirui Song
    • 学会等名
      The 21th Japan Institute of Metals and Materials (JIM) Tohoku Branch Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Nanoporous Mo-M Alloys Fabricated by Liquid Metal Dealloying for Efficient Hydrogen Evolution Electrocatalysts2021

    • 著者名/発表者名
      Ruirui Song
    • 学会等名
      JIM 2021 Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Intermetallic Effect” on Ligament Coarsening during Liquid Metal Dealloying2021

    • 著者名/発表者名
      Ruirui Song
    • 学会等名
      JIM 2021 Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Liquid Metal Dealloying toward Nanoporous Mo-based Intermetallic Compounds for Efficient Hydrogen Production2021

    • 著者名/発表者名
      Ruirui Song
    • 学会等名
      2021 MRS FALL MEETING
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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