On-demand synthesis of sub-nano hybrid alloy particles based on the periodic table

基于元素周期表的亚纳米杂化合金颗粒的按需合成

• 批准号: 21H05023
• 负责人: 山元 公寿
• 金额: $ 123.64万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05023/
• 关键词: サブナノ粒子; クラスター; デンドリマー; サブナノ合金粒子; 合金粒子; サブナノ材料; サブナノ粒子; クラスター; デンドリマー; サブナノ合金粒子; 合金粒子; サブナノ材料

新しい機能性ハイブリッドサブナノ合金の設計と合成を可能とするため、準サブナノ粒子の新合成法の確立に取り組んだ。「アトムハイブリッド法」を応用し、これまで困難とされた「準サブナノ粒子」の精密な合成に初めて成功した。ナノ粒子とサブナノ粒子の境界に位置する準サブナノサイズの物質は、固体と分子の中間の性質を持ち得る興味深い物質群であるが、これまで精密な合成はほとんど達成されていなかった。準サブナノ粒子の新たな合成法の開発を目指し、分子カプセルを利用してサブナノ粒子の合成を行う「アトムハイブリッド法」を応用するアプローチを検討した。具体的には、カプセル内部の金属イオンだけでなく、デンドリマーそのものを配位結合によって組み上げる手法を新たに採用することで、「超分子カプセル」の合成に成功した。異なる元素を結合して協働効果を生み出すことは、金属触媒の性能向上に効果的な方法である。我々は高性能の水素発生触媒を設計するため、AIを用いて合金サブナノ粒子を探索した。その中でZr酸化物とPt金属との合金粒子の触媒としての可能性を突き止めた。しかし、酸化物(無機物)と金属のように物質のカテゴリーが異なる場合、ナノ粒子化でも決して混合しない。これに対し、概ね粒径1.3nm以下のサブナノスケールの粒子ではその組み合わせによらず自由な混合が可能であると予想した。具体的にはSTEMのzコントラストを応用した元素識別動態イメージングを用いて、様々な二元素サブナノ粒子の原配列構造を解析した。通常は絶対に混ざり合わないZr酸化物とPt金属という異質な材料同士が、正則溶液に近いレベルで均一に混合することを発見した。このいわゆる「サブナノ超相溶効果」ともいえる現象を原子レベル構造から解明している(Angew. Chem . Int. Ed. 2022, 61, e202209675)。

为了实现新功能混合亚纳米合金的设计和合成，我们努力建立一种合成半纳米颗粒的新方法。使用“原子混合方法”，这是我们第一次成功合成“准核纳米颗粒”，这被认为是困难的。位于纳米颗粒和亚纳米颗粒之间边界的半含量材料是一组有趣的材料，它们可以在固体和分子之间具有特性，但是迄今为止，几乎没有实现精确合成。我们研究了一种使用“原子混合方法”的方法，该方法使用分子胶囊合成亚纳米颗粒，旨在开发一种合成半核分子纳米颗粒的新方法。具体而言，我们通过采用一种新方法来成功合成“超分子胶囊”，该方法不仅可以组装胶囊内的金属离子，而且还通过协调结合来组装树枝状聚合物本身。结合不同的元素来创建协作效应是改善金属催化剂性能的有效方法。我们使用AI探索合金亚纳米颗粒来设计高性能氢产生催化剂。在这项研究中，发现其作为Zr氧化物和PT金属合金颗粒的催化剂的潜力。但是，当材料类别不同时，例如氧化物（无机）和金属，即使是纳米颗粒也不混合。相比之下，可以预测，与组合的粒径约为1.3 nm或更少的亚纳米级颗粒将有可能进行自由混合。具体而言，使用元素歧视动力学成像分析了各种生物元亚纳米颗粒的原始布置结构。我们发现，通常不会混合在一起的异质材料，例如ZR氧化物和PT金属，在接近常规溶液的水平上均匀混合。这种现象可以称为所谓的“亚纳米 - 苏皮体效应”，是从原子水平结构中阐明的（Angew。Chem。Int。2022，61，E202209675）。