ナノポーラス金属中の高密度ナノ双晶の導入過程の解明

阐明纳米多孔金属中高密度纳米孪晶的引入过程

基本信息

批准号：
17K14839
负责人：
西本一恵
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Al-Cu金属間化合物を酸やアルカリ溶液に浸漬させAlを溶出させるリーチング処理により、数10nm以下の間隔で双晶欠陥が存在する組織をもつナノポーラス銅を作製した。またリーチング条件を調整することで、さらに双晶境界の間隔が数nm間隔の高密度なナノ双晶欠陥を有するナノポーラス銅を作製し、それらは酸化やCO酸化に対し高い触媒能を示した。XRDやTEMによってナノポーラス金属組織の詳細な評価を行い、ポーラスCu中の結晶ドメインは隣のドメインと90度の特異な方位関係をもった組織であることがわかった。特にCu内の双晶境界が111面に沿って存在し、その数nm間隔の高密度な双晶欠陥がポーラス組織の表面まで存在することで、その表面は211面で形成された数nmの凹凸で形成されている特異な組織であることがわかった。またDFT計算により、数nmの凸凹の表面組織は酸素などを吸着しやすいサイトである結果が得られた。また母合金のAl2Cu金属間化合物の単結晶を一部リーチング処理して得たリーチング界面のTEM観察では、Al2Cuの正方晶の方位関係に起因してリーチング後のポーラス組織の結晶ドメインの方位関係が形成され、さらにナノ双晶欠陥が特異な角度関係で導入されている様子を観察した。これらの知見は、金属触媒の触媒能を向上させるのに双晶欠陥などの欠陥組織が重要なファクターであることを示す結果であり、またを今後ナノ双晶などの特異な結晶欠陥組織の形成を制御する上で非常に重要な知見になりうる結果である。

通过将Al-Cu金属间化合物浸入酸或碱溶液中以洗脱Al的浸出处理，制备了具有以几十纳米或更小的间隔存在孪生缺陷的结构的纳米多孔铜。此外，通过调整浸出条件，我们制备了具有高密度纳米孪晶缺陷的纳米多孔铜，孪晶界之间的间距为几纳米，并且这些纳米多孔铜表现出较高的氧化和CO氧化催化活性。使用 XRD 和 TEM 对纳米多孔金属结构进行了详细评估，发现多孔 Cu 中的晶域与相邻域具有独特的 90 度取向关系。特别是，Cu中的孪晶边界沿111面存在，并且数纳米间隔的高密度孪晶缺陷延伸至多孔结构的表面，这是一种由凹凸表面组成的独特结构。此外，DFT计算表明，数纳米的凹凸表面结构是容易吸收氧气和其他物质的部位。另外，对中间合金Al2Cu金属间化合物单晶部分浸出得到的浸出界面进行TEM观察发现，浸出后多孔结构晶域的取向关系是由于四方晶的取向关系造成的。我们观察到纳米孪晶缺陷的形成以及以独特的角度关系引入纳米孪晶缺陷。这些发现表明，孪晶缺陷等缺陷结构是提高金属催化剂催化能力的重要因素，未来也将导致纳米孪晶等独特晶体缺陷结构的形成，这一结果可能是一个非常重要的发现。在控制