Creation of multi-element high entropy nano-alloys by non-equilibrium synthesis methods

非平衡合成方法制备多元高熵纳米合金

基本信息

批准号：
20H05623
负责人：
北川宏
金额：
$ 404.44万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、多元素ハイエントロピー効果により、多くの元素種を固溶化させることで、新しいナノ固溶合金を開発すると共に、革新的な触媒機能の創成を行う。申請代表者が独自に開発した、超臨界ソルボサーマル連続フロー合成法により、多種金属元素を原子レベルで融合させ、新元素、新物質、新材料の探索を徹底的に行う。１）貴金属8元素からなる固溶ナノ合金の作製、２）貴金属-卑金属12元素からなる固溶ナノ合金の作製、３）貴金属-卑金属-軽元素16元素からなる固溶ナノ合金の作製に挑戦する。さらに、プロセス・インフォマティクスの適用により、一気通貫型の革新的プロセス開発を行う。本研究開発により、人間の経験知からでは獲得出来ない、個々の触媒反応に関する「元素の特徴・特性」を機械学習を通して知り得るものと期待される。本年度は昨年度に続き水熱反応およびソルボサーマル反応を用いた超高速還元連続合成法（ソルボサーマル連続フロー合成法）を適用することで、超臨界・亜臨界における非平衡状態による固溶合金化技術の確立を目指した。ソルボサーマル合成法とは、高温または高圧の溶媒（または超臨界流体）を用いて固体を合成する方法であり、溶媒が水の場合は水熱合成と呼ばれる。2021年度は、固溶ナノ合金作製用スラリー対応型超臨界ソルボサーマル連続フロー装置の自動化に取り組んだ。自動化することにより、効率的に多種のサンプルを合成できる環境を整え、膨大な探索空間を有する多元素ナノ合金でデータ科学を援用した開発が可能となる。また、合成に成功した貴金属8元素ナノ合金の電子状態を第一原理計算を用いて調べたところ、多元素ナノ合金内の原子は隣接する元素がかわると、その電子状態は全く異なることがわかり、単金属に比べその電子状態の違いは10倍程度になることが明らかとなった。

在这项研究中，我们将开发新型纳米固溶体合金，并利用多元素高熵效应将许多元素种类转化为固溶体，从而创造创新的催化功能。采用申请人代表独创的超临界溶剂热连续流动合成方法，将多种金属元素在原子水平上进行融合，深入探索新元素、新物质、新材料。 1）创建由8种贵金属元素组成的固溶体纳米合金，2）创建由12种贵金属和贱金属组成的固溶体纳米合金，3）尝试创建由贵金属，贱金属和16种轻金属组成的固溶体纳米合金元素做。此外，通过应用流程信息学，我们将一次性开发出创新流程。通过这项研发，预计我们将能够通过机器学习来学习与个体催化反应相关的“元素的特性和特性”，这是人类经验无法获得的。延续去年，本财年我们将继续应用利用水热反应和溶剂热反应的超快速还原连续合成法（溶剂热连续流动合成法），开发超临界和亚临界条件下非平衡状态的固溶合金化技术。目的是建立溶剂热合成是利用高温或高压溶剂（或超临界流体）合成固体的方法，当溶剂为水时，称为水热合成。 2021 年，我们致力于实现超临界溶剂热连续流动装置的自动化，该装置可以处理用于生产固溶纳米合金的浆料。自动化将创造一个可以有效合成各种样品的环境，使得利用数据科学开发具有广阔探索空间的多元素纳米合金成为可能。此外，当我们利用第一性原理计算研究成功合成的8元素贵金属纳米合金的电子态时，我们发现当邻近元素发生变化时，多元素纳米合金中原子的电子态会完全改变。研究表明，电子态的差异约为单一金属的 10 倍。

项目成果

期刊论文数量（40）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

材料研究のデータ駆動化に向けた潮流

数据驱动材料研究的趋势

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
古山通久
通讯作者：
古山通久

非平衡合成法を用いた固溶化と相制御による機能性金属ナノ粒子の開発

利用非平衡合成方法通过固溶体形成和相控制开发功能性金属纳米颗粒

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
草田康平
通讯作者：
草田康平

多元素ナノ合金が切り拓く未来社会

多元纳米合金开创未来社会

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
北川宏
通讯作者：
北川宏

水素吸蔵材料及びその製造方法、並びに、水素吸蔵方法

储氢材料及其制造方法和储氢方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Noble-Metal High-Entropy-Alloy Nanoparticles: Atomic-Level Insight into the Electronic Structure

贵金属高熵合金纳米粒子：对电子结构的原子级洞察

DOI：
10.1021/jacs.1c13616
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
15
作者：
Wu Dongshuang;Kusada Kohei;Nanba Yusuke;Koyama Michihisa;Yamamoto Tomokazu;Toriyama Takaaki;Matsumura Syo;Seo Okkyun;Gueye Ibrahima;Kim Jaemyung;Rosantha Kumara Loku Singgapulige;Sakata Osami;Kawaguchi Shogo;Kubota Yoshiki;Kitagawa Hiroshi
通讯作者：
Kitagawa Hiroshi