Surface modification and adding functionality of nanoparticles by gas phase synthesis process

通过气相合成工艺对纳米粒子进行表面改性和添加功能

基本信息

批准号：
22K04871
负责人：
日原岳彦
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

気相合成プロセスのプラズマ・ガス凝縮法により作製したナノ粒子混合堆積と粒子界面の制御による機能付与を目的として、以下の研究を実施した。（１）コア・シェル粒子の作製と燃料電池電極触媒特性の評価では、Pt/Ce複合ナノ粒子を作製し、カソード電極触媒に適用したときの固体高分子形燃料電池の出力電力特性を評価した。触媒性能に大きなばらつきが見られたが、Pt組成の増加に伴い触媒性能が向上する傾向があること、XRDの結果よりCe組成の大きい試料ではCeOxのピークが観測され、Pt/CeOxナノ粒子における粒子表面のCeOx比によって触媒性能が変化することを見いだした。I-P測定結果によると、触媒性能は表面組成に強く依存している。生成されたCeOxは、その表面エネルギーの差からナノ粒子表面に偏在していると考えられるが、表面のPtとCeOxの組成比の違いによって触媒性能に差が生じていることが判明した。（２）軟磁性と硬磁性のナノ粒子混合堆積膜から成る交換結合磁石のモデル物質の作製と磁気特性評価では、 Fe-Co/Fe-Co-Ptナノコンポジット薄膜を作製した。交換結合を制御するため、バイアス電圧Va=1～5 kVを基板ホルダーに印加した。Va=1～2 kVでは、粒子間の交換結合が強まり、磁化曲線の肩が消滅することが確認された。しかし、Va = 3～5 kVでは、熱処理時に粒子が凝集して粒径が増加した結果、保磁力が減少した。そこで、熱処理時の粒径の増加を抑えるため、RTA処理（Rapid Thermal Anneal：短時間熱処理）を行った。磁化曲線の結果より、昇温速度75 ℃/minの試料において最大の保磁力が得られた。本研究で得られた試料のうち最大エネルギー積が最も大きな試料は、基板バイアスVa = 2 kVかつ熱処理温度700℃の試料で、その値は2.3 MGOeであった。

进行了以下研究，目的是通过控制气相合成过程的等离子体气体冷凝法制备的纳米颗粒和颗粒界面的混合沉积来赋予功能。 (1)为了核壳颗粒的制备和燃料电池电极催化剂特性的评价，制备了Pt/Ce复合纳米颗粒，并评价了应用于阴极电极催化剂时聚合物电解质燃料电池的输出功率特性。观察到催化性能有较大变化，但随着Pt组成的增加，催化性能趋于提高，并且XRD结果显示，在Ce组成较大的样品中观察到CeOx峰，表明Pt/CeOx纳米粒子被发现催化性能根据颗粒表面的 CeOx 比率而变化。根据I-P测量结果，催化性能很大程度上取决于表面成分。所生成的CeOx被认为是由于表面能的差异而不均匀地分布在纳米颗粒表面上，但发现表面上Pt和CeOx的组成比的差异引起了催化性能的差异。 (2) 为了制备由软硬磁性纳米颗粒混合沉积膜组成的交换耦合磁体模型材料并评估其磁性能，我们制备了 Fe-Co/Fe-Co-Pt 纳米复合薄膜。为了控制交换耦合，将偏置电压 Va = 1 至 5 kV 施加到基板支架上。确认了在Va=1～2kV时，粒子间的交换耦合变强，磁化曲线的肩部消失。然而，当 Va = 3–5 kV 时，由于热处理过程中颗粒团聚和颗粒尺寸增加，矫顽力下降。因此，为了抑制热处理时的晶粒粗大化，进行了RTA处理(Rapid Thermal Anneal：短时间热处理)。从磁化曲线的结果来看，在75℃/min的加热速率下样品获得了最大矫顽力。本研究获得的样品中，最大能积最大的样品是衬底偏置Va=2 kV、热处理温度为700℃的样品，其值为2.3 MGOe。