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2012 年度 実績報告書

その場観察と計算科学を駆使したナノポーラス金属の孔径制御ダイナミクス解明

研究課題

研究課題/領域番号 23360305
研究機関京都大学

研究代表者

馬渕 守  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (00358061)

研究分担者 中野 裕美  豊橋技術科学大学, 学内共同利用施設等, 教授 (00319500)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワードナノ材料 / 多孔質 / 金属
研究概要

昨年度検討した透過電子顕微鏡 (TEM) 観察用ナノポーラス金属の創製プロセスをより詳細に検討した。スパッタリングにより厚さ100 nm以下のAu-Ag、Pd-Co、Ni-Mn等のナノポーラス金属の出発合金の薄膜を形成させ、これを脱合金化処理(酸などによる選択的エッチング)に供した。これらの試料について、まずは利便性の観点から走査電子顕微鏡 (SEM) で観察を行い、ナノポーラス構造が(薄膜でない)バルク状のナノポーラスAuと同様に形成されていること、また脱合金化処理の条件調製によって孔径を制御できることがわかった。
また、ナノポーラス金属の表面積の効果を別の方法で顕在化することを目的に、ナノポーラスAu, Pd, Ni試料およびバルクAu, Pd, Ni試料を有機色素(メチルオレンジ)の水溶液中に浸漬し、その脱色速度を調査した。バルクAu, Pd, Niを浸漬した場合には全く脱色されなかったが、ナノポーラスAu, Pd, Niについては脱色されることを確認した。ナノポーラス金属による脱色処理後溶液を詳細分析した結果、メチルオレンジのアゾ結合が切断されていることがわかった。また、表面積の異なるナノポーラスAuを浸漬した実験から、メチルオレンジの分解速度が表面積と必ずしも比例しないことがわかった。
これらの結果と昨年度実施した第一原理計算・分子動力学計算の結果を考慮すると、表面格子ひずみあるいは残留元素などナノポーラス金属の表面特異性が、脱色触媒としての特性にクリティカルな影響を及ぼすことを意味する。すなわち、ナノポーラス金属の表面で起こる特性を最大化する際に、いたずらに孔径を縮小して表面積を拡大するだけでは不十分であり、表面格子ひずみ・残留元素等の状態の制御が重要であることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ナノポーラス金属の熱処理時の孔径粗大化過程を追跡するのは最終年度に回し、そのぶんのエフォートを脱色触媒特性の調査に充てた。ナノポーラス金属の応用を考える上で表面積よりも表面特異性(表面格子ひずみ等)の効果が重要であることを明らかにできた。

今後の研究の推進方策

当初の予定通り、ナノポーラス金属の熱処理時の孔径粗大化過程をその場電子顕微鏡観察する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Fabrication, microstructure and properties of nanoporous Pd, Ni and their alloys by dealloying2013

    • 著者名/発表者名
      M. Hakamada, M. Mabuchi
    • 雑誌名

      Critical Reviews in Solid State and Materials Science

      巻: 38(4) ページ: 262-285

    • DOI

      10.1080/10408436.2012.674985

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catalytic decoloration of methyl orange solution by nanoporous metals2012

    • 著者名/発表者名
      M. Hakamada, F. Hirashima, M. Mabuchi
    • 雑誌名

      Catalysis Science and Technology

      巻: 2 ページ: 1814-1817

    • DOI

      10.1039/c2cy20218b

    • 査読あり
  • [学会発表] Properties and application of porous metals with micrometer-sized and nanometer-sized fine pores

    • 著者名/発表者名
      Masataka Hakamada and Mamoru Mabuchi
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies―International Conference in Asia 2012 (IUMRS-ICA 2012)
    • 発表場所
      Busan
    • 招待講演
  • [学会発表] Properties and application of nanoporous metals fabricated by dealloying

    • 著者名/発表者名
      Masataka Hakamada, Junichi Motomura, Satoshi Matsumura, Fumi Hirashima, Masaki Takahashi and Mamoru Mabuchi
    • 学会等名
      The 2012 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM’12)
    • 発表場所
      Seoul
  • [学会発表] 冷間圧延合金板の脱合金化によるナノポーラスPdの作製

    • 著者名/発表者名
      袴田昌高、千野靖正、馬渕守
    • 学会等名
      平成24年度塑性加工春季講演会
    • 発表場所
      小松
  • [学会発表] 表面をナノポーラス化したPd-Co合金の電気的特性の水素応答性

    • 著者名/発表者名
      袴田昌高、馬渕守
    • 学会等名
      日本金属学会2012年秋期(第151回)大会
    • 発表場所
      松山
  • [学会発表] ナノポーラスRuの創製とCO酸化触媒特性

    • 著者名/発表者名
      本村隼一、袴田昌高、馬渕守
    • 学会等名
      日本金属学会2012年秋期(第151回)大会
    • 発表場所
      松山
  • [学会発表] Au/Cuナノコンポジットの力学特性

    • 著者名/発表者名
      松村聡、袴田昌高、馬渕守
    • 学会等名
      日本金属学会2012年秋期(第151回)大会
    • 発表場所
      松山
  • [学会発表] 脱合金化法によるナノポーラス金属の創製と特性評価

    • 著者名/発表者名
      袴田昌高、馬渕守
    • 学会等名
      日本塑性加工学会ポーラス材料研究委員会第1回ポーラス材料研究討論会
    • 発表場所
      名古屋

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公開日: 2014-07-24  

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