状態密度エンジニアリングによる新規合金ナノ粒子の創製と機能開拓

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18J23021
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小林 佳吾 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• キーワード: 金属ナノ粒子 / 軽元素 / 希土類元素

研究実績の概要

本研究は、従来遷移金属を中心に探索が行われてきた新規合金ナノ粒子の研究に、新たに軽元素および希土類元素という選択肢を追加し、さらに自由度の高いナノ材料の設計・開発を行うことを目的としている。本研究では軽元素としてホウ素を選択した。前年度までに、ナノサイズでのみ報告されている合金相であるPd-Ru合金ナノ粒子をボラン/THF錯体溶液で処理し、ホウ素との反応によってPd-Ru合金ナノ粒子が相分離することなくホウ素と合金化し、未報告の非晶質Pd-Ru-B合金相を形成することを発見した。また、この非晶質合金相は合成後、数週間から数か月程度のタイムスケールで分解し、ホウ素が脱離してPd-Ru合金ナノ粒子に戻っていくことも併せて見出された。
今年度は前年度までにPd-Ru-B合金ナノ粒子について得られた結果を論文としてまとめ、国際誌に投稿、査読を経て掲載された。また、新たなホウ素合金ナノ粒子の開拓を目指し、以前に発見していたCu-Pd-B合金ナノ粒子のキャラクタリゼーションを行った。Cu-Pd-B合金ナノ粒子の合成法としてはPd-Ru-B合金ナノ粒子のそれに則り、液相還元法で作製したCu-Pd合金ナノ粒子をボラン/THF錯体溶液で処理した。合成直後の試料は非晶質構造の形成を示すブロードな回折パターンを示したが、数時間程度のタイムスケールでホウ素が脱離し結晶性構造に変化していく挙動が確認された。結晶化後の試料もCu-Pd合金ナノ粒子に比べ回折ピークの低角度シフトが認められ、ホウ素が格子間隙に残留していることが示唆され、これは電子顕微鏡観察によって実証された。
また前年度から引き続き、希土類元素と遷移金属による合金ナノ粒子の合成にも取り組んだ。PtとCeとの合金化を目指したが、合成の結果Ptナノ粒子とCeO2クラスターのナノコンポジット体を得るにとどまり、合金化は確認できなかった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Cu-Pd-B Alloy Nanoparticles Synthesized by External Boron Doping Method (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Keigo、Kusada Kohei、Kobayashi Hirokazu、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 ページ: 611～614
  • DOI: 10.1246/cl.200861
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystalline to amorphous transformation in solid-solution alloy nanoparticles induced by boron doping (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Keigo、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Ogiwara Naoki、Kobayashi Hirokazu、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Hiroi Satoshi、Seo Okkyun、Song Chulho、Chen Yanna、Kim Jaemyung、Tayal Akhil、Sakata Osami、Ohara Koji、Honma Tetsuo、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 12941～12944
  • DOI: 10.1039/d0cc05418f
  • 査読あり
• [学会発表] Synthesis and Structural Transformation of Ternary Alloy Nanoparticles Containing Boron: Pd-TM-B (2021)
  • 著者名/発表者名: Keigo Kobayashi, Kohei Kusada, Dongshuang Wu, Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Mitsutaka Haruta, Hiroki Kurata, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Satoshi Hiroi, Okkyun Seo, Chulho Song, Yanna Chen, Jaemyung Kim, Akhil Tayal, Osami Sakata, Koji Ohara, Tetsuo Honma, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会第101回春季年会