微小液滴を反応場とする単一ナノメートル合金粒子の高効率合成と光学・磁気特性の探索

以微滴为反应场高效合成单一纳米合金颗粒及光磁性能探索

基本信息

批准号：
21K04833
负责人：
八ツ橋知幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々は近赤外フェムト秒レーザーを用い、水の多光子イオン化により生じる水和電子によって貴金属イオンを還元、あるいは遷移金属錯体の多光子吸収によるナノ粒子の作製を報告してきた。本研究ではこれらのボトムアップアプローチによって有機金属錯体やイオンを原料とする合金ナノ粒子の作製を試みた。第4周期遷移金属（Fe、Co、Ni）のアセチルアセトナート錯体はいずれもレーザー照射によって反応が進行し、Feでは粒径が約15 nmの凝集体が得られた。一方、CoとNi錯体では特性Ｘ線スペクトルから元素の存在は明らかなものの、粒子は電子顕微鏡の分解能以下の径であった。さらに、第4周期元素だけでなく、他の周期ならびに族の金属についても検討した。第4族のZr（第5周期）とHf（第6周期）のアセチルアセトナート錯体を原料としたところ、前者では白色コロイドが生成するものの、電子顕微鏡像には明確な球状粒子はみられず不定型な網状の生成物が得られた。一方、Hfでは分散した粒径約14 nmの球状粒子が得られた。Fe、Co、Niに比べてどちらの元素の還元電位も約－1.5 Vと大きく卑であり、還元法では得ることの極めて困難な元素のナノ粒子が多光子反応により得られたといえる。また、錯体の吸収スペクトル、モル吸光係数、そしてレーザー照射に伴う変化もほぼ同じであるにも関わらず、周期によってZrとHfで大きな違いが出たことは反応機構を議論する上で重要な知見である。以上、単体ではナノ粒子の生成がそれぞれ確認できたが、現在のところ遷移金属錯体混合系では合金生成の明瞭な結果が得られていない。そこでイオンを原料とする貴金属合金ナノ粒子の作製を試みたところ、Au-Pt-Ag三元合金ならびにAu-Pt-Ag-Ir-Pd五元合金の作製に成功した。

我们报道了使用近红外飞秒激光对水进行多光子电离产生的水合电子来还原贵金属离子，或者通过过渡金属络合物的多光子吸收来生产纳米颗粒。在这项研究中，我们尝试使用这些自下而上的方法，使用有机金属配合物和离子作为原材料来制造合金纳米颗粒。第4周期过渡金属(Fe、Co、Ni)的乙酰丙酮络合物的反应通过激光照射进行，在Fe的情况下，得到粒径约15nm的聚集体。另一方面，在Co和Ni络合物中，虽然从特征X射线光谱中可以清楚地看出元素的存在，但粒径低于电子显微镜的分辨率。此外，我们不仅研究了第四周期元素，还研究了其他周期和族的金属。当使用4族Zr(第5周期)和Hf(第6周期)的乙酰丙酮络合物作为原料时，前者产生白色胶体，但在电子显微镜图像中没有观察到清晰的球状颗粒的无定形网。得到类似产物。另一方面，对于Hf，得到粒径约14nm的分散球状粒子。与Fe、Co、Ni相比，这两种元素的还原电位明显较低，约为-1.5V，可以说通过多光子反应获得了通过还原方法极难获得的元素的纳米颗粒。此外，虽然配合物的吸收光谱、摩尔消光系数和激光照射引起的变化几乎相同，但Zr和Hf根据周期的不同存在很大差异，这是讨论反应机理时的重要发现。这是。如上所述，纳米颗粒的形成已在每种单一元素中得到证实，但迄今为止在过渡金属复合混合物体系中尚未获得合金形成的明确结果。因此，我们尝试以离子为原料制备贵金属合金纳米颗粒，并成功制备了Au-Pt-Ag三元合金和Au-Pt-Ag-Ir-Pd五元合金。