レーザーアブレーションによる新規合金ナノ粒子の合成とその触媒特性の評価

激光烧蚀合成新型合金纳米粒子及其催化性能评价

• 批准号: 19J15202
• 负责人: 岡副 眞也
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J15202/
• 关键词: モリブデン; ルテニウム; 固溶体ナノ粒子; 電極触媒; 水素発生; 超伝導; 固溶合金; ナノ粒子; レーザーアブレーション; 熱分解

構成元素が均一に分布したナノ粒子を固溶体ナノ粒子と呼ぶ。これまで合成されてきた固溶体ナノ粒子は後期遷移金属から構成されるものが主であった。安価で豊富に存在する前期遷移金属も固溶体ナノ粒子の構成元素の候補に挙がるが、合成上の問題からその報告例は少ない。本研究では前期遷移金属と後期遷移金属から構成される固溶体ナノ粒子を合成し、電子状態の解明と物性評価、特に触媒特性の評価を研究目的としている。本年度は、昨年度合成したMoRu固溶体ナノ粒子のうちRuの割合が高い試料を炭素に担持し電極触媒とし、塩基性溶液中で水素発生反応に対する触媒活性を評価した。Ruのみから構成されるナノ粒子と触媒活性を比較した場合、特定の量の水素を発生させるために必要なエネルギーはMoRu固溶体ナノ粒子の方が低く、高い触媒活性を示すことを明らかにした。また、一般的に水素発生反応において高い触媒活性を示すと言われている白金(Pt)と比較した場合でも、MoRu固溶体ナノ粒子がより高い触媒活性を示すことを明らかにした。一方で、この触媒は長時間使用した際にはMoがMoRu固溶体ナノ粒子から溶出することを種々の測定から確認し、耐久性が低いという課題があることも明らかにした。また、熱分解で合成したMoRuナノ粒子をさらに水素雰囲気下で熱処理することで調製した炭素を含んだ新規MoRuC固溶体ナノ粒子の物性探索を行った。このナノ粒子は表面が炭素で被覆されていたため触媒活性以外の物性探索を行ったところ、極低温下において超伝導特性を示すことを明らかにした。さらに組成に応じて超伝導転移温度は指数関数的に変化し、組成変化を反映して電子状態が変化していることが示唆された。

组成元件均匀分布的纳米颗粒称为实心溶液纳米颗粒。到目前为止已合成的实心溶液纳米颗粒主要由后期过渡金属组成。廉价且丰富的过渡前金属也被认为是固定溶液纳米颗粒组成元素的候选者，但由于合成问题，报道的例子很少。这项研究旨在合成由早期和晚期过渡金属组成的固体溶液纳米颗粒，并阐明电子状态，评估物理特性，尤其是催化特性。今年，在碳上支持了去年合成的MORU固体溶液纳米颗粒的较高比率的样品作为电催化剂，并在基本溶液中评估了氢生成反应的催化活性。当将催化活性与单独的RU组成的纳米颗粒进行比较时，发现Moru固体溶液纳米颗粒表现出产生特定氢的较低能量，并且表现出较高的催化活性。还表明，即使与铂（PT）相比，莫鲁固体溶液纳米颗粒也表现出更高的催化活性，通常据说在氢产生反应中表现出较高的催化活性。另一方面，各种测量结果证实，在长时间使用时，Mo从Moru固体溶液纳米颗粒中拔出，并揭示出它不耐用的问题。此外，搜索了通过热处理通过氢气中的热解合成的热处理Moru纳米颗粒制备的新的含碳MORUC固体溶液的物理特性。由于这些纳米颗粒的表面涂有碳，因此搜索了催化活性以外的其他物理特性，以表明它们在极低的温度下表现出超导性能。此外，超导过渡温度根据组成而定为指数变化，这表明电子状态变化以反映组成变化。

项目成果

Enhanced Hydrogenation Catalytic Activity of Ruthenium Nanoparticles by Solid‐Solution Alloying with Molybdenum

• DOI: 10.1002/ejic.202001141
• 发表时间: 2021-03
• 期刊: European Journal of Inorganic Chemistry
• 影响因子: 2.3
• 作者: Shinya Okazoe;Lena Staiger;M. Cokoja;K. Kusada;Tomokazu Yamamoto;T. Toriyama;S. Matsumura;H. Kitagawa;R. Fischer

Significant Enhancement of Hydrogen Evolution Reaction Activity by Negatively Charged Pt through Light Doping of W

• DOI: 10.1021/jacs.0c07143
• 发表时间: 2020-10-14
• 期刊: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
• 影响因子: 15
• 作者: Kobayashi, Daiya;Kobayashi, Hirokazu;Kitagawa, Hiroshi
• 通讯作者: Kitagawa, Hiroshi

First Observation of Superconductivity in Molybdenum-Ruthenium-Carbon Alloy Nanoparticles

首次观察到钼钌碳合金纳米粒子的超导性

• DOI: 10.1246/cl.200779
• 发表时间: 2021
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: S. Okazoe;K. Kusada;Y. Yoshida;M. Maesato;T. Yamamoto;T. Toriyama;S. Matsumura;S. Kawaguchi;Y. Kubota;H. Kitagawa
• 通讯作者: H. Kitagawa

ミュンヘン工科大学(ドイツ)

慕尼黑工业大学（德国）

Mo-Ru固溶体ナノ粒子の合成と同定

Mo-Ru固溶体纳米颗粒的合成与鉴定

• 发表时间: 2020
• 作者: Okazoe Shinya;Kusada Kohei;Wu Dongshuang;Yamamoto Tomokazu;Toriyama Takaaki;Matsumura Syo;Kawaguchi Shogo;Kubota Yoshiki;Kitagawa Hiroshi;岡副眞也・草田康平・Wu Dongshuang・山本知一・鳥山誉亮・松村晶・河口彰吾・久保田佳基・北川宏;岡副眞也・草田康平・山本知一・鳥山誉亮・松村晶・河口彰吾・久保田佳基・北川宏
• 通讯作者: 岡副眞也・草田康平・山本知一・鳥山誉亮・松村晶・河口彰吾・久保田佳基・北川宏