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研究成果

公開日:2016.02.10

混ざらない金属元素同士がナノ粒子化により均質に混じり合う謎を解明
-新しい機能物質創製への展開に期待-

研究成果 工学

 合金は様々な分野において広く使われていますが、金属の組み合わせによっては水と油のように均質に混ざり合わないことが知られています。近年、元来混じり合わないことが知られている金属同士を原子レベルで混ぜ合わせる「元素間融合」と呼ばれるアプローチが注目を集めています。例えばパラジウムと白金、銀とロジウムなどは通常は混ざることのない組み合わせとして知られていますが、原子レベルで均質に混じり合ったナノ粒子が合成されるようになってきました。混ざらないことで知られてきた組み合わせがなぜ混じり合うのか、単に特殊な条件下で混じり合っただけで、長い時間おいておくと分離してしまうのか、本質的なメカニズムは謎のままでした。本研究では、混ざらない元素がナノの世界では安定的に均質に混じり合い得ることを理論的に明らかにしました。混ぜたい元素を混ぜ、混ぜたくないものは混ざらないようにするなど混合状態を制御出来れば、優れた特性を持つ触媒や全く新しい材料・機能を有する金属ナノ粒子を自在に作り出すことが可能となり、大気汚染のないきれいな都市環境を支える自動車の排ガス浄化触媒、水素エネルギーの高効率利用を支える燃料電池用触媒、健康な暮らしを支える室内環境ホルモン分解触媒などその応用展開は無限に広がります。今回明らかにした成果に基づき新機能を有する材料設計をこれから展開していきます。
 本研究成果は、2016年2月10日(水)午前0時(米国東部時間)にアメリカ化学会誌『Journal of Physical Chemistry Letters』のオンライン版に掲載されました。

様々な配置の白金(Pt、灰色)とパラジウム(Pd、青緑色)からなる合金ナノ粒子の安定性を評価した結果。図中で下の方が安定。

研究者からひとこと

混じり合うことがない組み合わせとして教科書に載っている元素どうしを均質に混ぜ合わせるためのレシピを考える際の指針を明らかにすることができました。混じり合わないと思われてきた組み合わせは無数にあります。従来全く存在しない合金の創製に向けて研究を発展させていきたいと思っています。

論文情報

Phase Stability and Electronic Structure of PdPt Nanoparticles ,Journal of Physical Chemistry Letters,
10.1021/acs.jpclett.5b02753

研究に関するお問い合わせ先

稲盛フロンティア研究センター 教授   古山 通久
稲盛フロンティア研究センター 特任助教 石元 孝佳
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