Creation of multi-element high entropy nano-alloys by non-equilibrium synthesis methods

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本研究では、多元素ハイエントロピー効果により、多くの元素種を固溶化させることで、新しいナノ固溶合金を開発すると共に、革新的な触媒機能の創成を行う。申請代表者が独自に開発した、超臨界ソルボサーマル連続フロー合成法により、多種金属元素を原子レベルで融合させ、新元素、新物質、新材料の探索を徹底的に行う。１）貴金属8元素からなる固溶ナノ合金の作製、２）貴金属-卑金属12元素からなる固溶ナノ合金の作製、３）貴金属-卑金属-軽元素16元素からなる固溶ナノ合金の作製に挑戦する。さらに、プロセス・インフォマティクスの適用により、一気通貫型の革新的プロセス開発を行う。本研究開発により、人間の経験知からでは獲得出来ない、個々の触媒反応に関する「元素の特徴・特性」を機械学習を通して知り得るものと期待される。本年度は昨年度に続き水熱反応およびソルボサーマル反応を用いた超高速還元連続合成法（ソルボサーマル連続フロー合成法）を適用することで、超臨界・亜臨界における非平衡状態による固溶合金化技術の確立を目指した。ソルボサーマル合成法とは、高温または高圧の溶媒（または超臨界流体）を用いて固体を合成する方法であり、溶媒が水の場合は水熱合成と呼ばれる。2021年度は、固溶ナノ合金作製用スラリー対応型超臨界ソルボサーマル連続フロー装置の自動化に取り組んだ。自動化することにより、効率的に多種のサンプルを合成できる環境を整え、膨大な探索空間を有する多元素ナノ合金でデータ科学を援用した開発が可能となる。また、合成に成功した貴金属8元素ナノ合金の電子状態を第一原理計算を用いて調べたところ、多元素ナノ合金内の原子は隣接する元素がかわると、その電子状態は全く異なることがわかり、単金属に比べその電子状態の違いは10倍程度になることが明らかとなった。