複合状態が高度に制御された複合金属酸化物構造体のワンポット合成法の構築

复合态高度可控的复合金属氧化物结构的一锅合成方法的构建

• 批准号: 22KJ2634
• 负责人: 谷口 彩乃
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kochi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2634/
• 关键词: ソルボサーマル反応; 複合金属酸化物; 多孔体; ナノ粒子; 触媒

本申請課題では，ソルボサーマル法を駆使することで，高次構造・複合状態が任意にデザインされた複合金属酸化物構造体のワンポット合成法の構築を目的としている。様々な用途で広く利用される機能性ナノ粒子は，その多くが多数の成分から構成される複合材料 (コア－シェル粒子，担持金属触媒，固溶体など) であり，その高次構造や複合状態は材料の性能に大きく影響する。したがって，目的の構造を持つ複合材料を少ない工程で簡便に合成する技術の確立は重要である。2022年度は，混和しない二種類の溶媒それぞれに異なる金属源を溶解し，二層に分かれた前駆溶液をソルボサーマル処理することコア－シェル構造の複合金属酸化物構造体の合成を試みた。コア金属にCe，シェル金属にFeあるいはSnを選択し，FeOx@CeO2－xとSnO2@CeO2－xの合成を目指して反応条件を検討した。金属源の溶解度の点から，アセトニトリル／トルエン系やアセトニトリル／ヘキサン系を選択し，加熱条件 (昇温速度，温度，時間) を種々変更して生成物の構造に与える影響を調べた。条件検討の結果，FeOx@CeO2－xにおいては，球状構造体の形成には至ったものの，均一複合体や目的と逆のコア－シェル構造が形成されるなど，目的の構造体は得られなかった。一方でSnO2@CeO2－xにおいては，昇温速度を細かく調整することにより，球状構造体の外側にSnO2が多く分布した構造の粒子を合成することに成功した。さらに，五種類以上の金属種が均一に混ざった構造をとる高エントロピー酸化物にも注目した。取り得る結晶構造と価数，触媒への応用可能性の観点から，Cr，Mn，Fe，Co，Niの五元素からなる高エントロピー酸化物の合成を目指し，反応条件を種々検討した。結果として，条件の最適化により球状の構造体を得ることができ，そのTEM/EDX分析から五種類の金属種が構造体の全体にほぼ均一に分布している様子を明らかにした。

本申请旨在充分利用溶剂热法开发一种具有任意设计的高阶结构和复合态的复合金属氧化物结构的一锅合成方法。广泛应用于各种应用的功能纳米颗粒大多是由多种组分（核壳颗粒、负载金属催化剂、固溶体等）组成的复合材料，其高阶结构和复合状态很难确定。它极大地影响了材料的性能。因此，建立一种能够通过几个步骤轻松合成具有所需结构的复合材料的技术非常重要。 2022年，我们尝试通过将不同金属源溶解在两种不混溶的溶剂中并对两层前驱体溶液进行溶剂热处理来合成具有核壳结构的复合金属氧化物结构。我们选择Ce作为核金属，Fe或Sn作为壳金属，研究了反应条件，旨在合成FeOx@CeO2-x和SnO2@CeO2-x。从金属源的溶解度的角度出发，选择乙腈/甲苯体系和乙腈/己烷体系，并通过改变加热条件（加热速率、温度和时间）研究对产物结构的影响。对条件进行研究的结果是，尽管在FeOx@CeO2-x中形成了球状结构，但无法获得所需的结构，因为形成了与所需结构相反的均质复合物或核-壳结构。另一方面，对于SnO2@CeO2-x，通过微调加热速率，我们成功合成了具有大量SnO2分布在球形结构外部的结构的颗粒。此外，我们专注于具有五种或更多金属物种均匀混合结构的高熵氧化物。我们从可能的晶体结构、化合价和催化剂适用性的角度研究了各种反应条件，旨在合成由 Cr、Mn、Fe、Co 和 Ni 五种元素组成的高熵氧化物。结果，通过优化条件获得了球形结构，TEM/EDX 分析表明五种金属物质几乎均匀地分布在整个结构中。