【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.04】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KU0008
利用課題名 / Title
非平衡合成による多元素ナノ合金の原子分解能構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
九州大学 / Kyushu Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,資源使用量低減技術/ Technologies for reducing resource usage,資源代替技術/ Resource alternative technology,ナノ粒子/ Nanoparticles
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
北川 宏
所属名 / Affiliation
京都大学大学院理学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
草田 康平,向吉 恵
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
鳥山 誉亮
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KU-004：広電圧超高感度原子分解能電子顕微鏡
KU-016：低温域観測型・高分解能電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
多元素が等モル比程度で混合した合金では従来のある主要成分に少量の添加物を加えていく合金系と異なり、配置のエントロピーが増大するため、高温領域において特に固溶状態が安定化することが発見された。特に構成元素が5元素以上の時にハイエントロピー合金（HEA）と呼ばれ、2000年代に入りバルクの構造材料を中心に開発が開始された。金属ナノ粒子においても2018年頃からHEAナノ粒子の開発が報告されはじめ、我々は、連続フローリアクターを始めとした非平衡合成手法を開発し、PGM系などにおいてHEAナノ粒子の作製に成功しており、それらは構成元素それぞれにはない物性の発現や、既存物質を凌駕した触媒特性を示すことが明らかとなっている。XRDやXPSなどにより、マクロな試料の構造は特定できるが、原子レベルでの元素の配列および構造決定は困難であり、九州大学超顕微解析研究センターが所有する電子顕微鏡観察により実現する。また、構成元素が多くなるにつれEDS分析が困難になるため、九州大学のEDSを2台搭載したJEM-ARM200CFは本研究に最も適した装置である。原子レベルでの構造解析は、目的物性に対して重要な見解を与え、更なる材料開発の道筋を標すことが可能となる。
実験 / Experimental
広電圧電顕(JEOL JEM-ARM200CF)による、合成した新規ナノ合金のHAADF-STEMおよびTEM観察、元素マッピングを主に用い、原子レベルでの構造解析を行った。サンプルはエタノールまたは有機溶媒に超音波で分散させ、構成元素の特性X線の邪魔にならない元素を用いたグリットに滴下し、観察用サンプルを準備した。
結果と考察 / Results and Discussion
各種合金ナノ粒子は原子分解能でのHAADF-STEM観察が行え、その結晶構造の解析が行えた。また、EDSによる元素マップ、線分析、点分析を行いその構成元素の分布を確認した。例えば、図に示すように、InとRu、Rh、Pd、Ir、PtがB2構造を形成している様子が原子分解能で確認できた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
InIrPdPtRhRu合金の元素マップ
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Xin Zhou, RuIn Solid-Solution Alloy Nanoparticles with Enhanced Hydrogen Evolution Reaction Activity, ACS Materials Letters, 6, 353-359(2023).
DOI: 10.1021/acsmaterialslett.3c01218
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Shinya Okazoe, Molybdenum–Ruthenium–Carbon Solid-Solution Alloy Nanoparticles: Can They Be Pseudo-Technetium Carbide?, Journal of the American Chemical Society, 145, 24005-24011(2023).
DOI: 10.1021/jacs.3c06594
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Masashi Nakamura, B2-structured indium–platinum group metal high-entropy intermetallic nanoparticles, Chemical Communications, 59, 9485-9488(2023).
DOI: 10.1039/D3CC02266H
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Hiroki Minamihara, Continuous-Flow Chemical Synthesis for Sub-2 nm Ultra-Multielement Alloy Nanoparticles Consisting of Group IV to XV Elements, Journal of the American Chemical Society, 145, 17136-17142(2023).
DOI: 10.1021/jacs.3c03713
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件