ボトムアップ型合成による原子配列制御手法の開発及び新規ナノ物質の創成

ナノ物質はバルクとは異なる物性を示すため、さまざまな分野で盛んに研究されている。ナノ物質の物性は従来、サイズ、形状等によって制御されてきたが、新たに結晶構造によっての制御が期待されている。二元系合金の場合、固溶体か金属間化合物をとることが考えられ、更にそれぞれでの結晶構造、原子配列の制御が考えられる。原子配列の制御を行うことができれば、元素の組み合わせを変えずに同一組成での電子状態の制御が期待され、機能性材料の創成に非常に有用である。本研究では、半径比の差が固溶の閾値であるRu-Bi系に着目し、固溶体-金属間化合物の制御や、原子配列の制御を行い、得られた物質の物性を調べ、結晶構造、原子配列と物性の相関をまとめ、新規の機能性物質の設計指針を得ることを目指した。本年度は、Ru-Bi固溶合金の合成を試みた。RuとBiは固溶しない組み合わせであるが、RuとBiの金属イオンの還元や0価金属錯体の熱分解の速度を同程度にすることで固溶することが期待される。還元速度は前駆体や、温度、還元剤を変えることで制御し、新規固溶体ナノ粒子の合成を狙った。その際、結晶構造および格子定数が大きく変化した新規Ru合金が合成された。狙った物質ではなかったが、生成物の新規性とその形成メカニズムが特異であったため、この物質の研究に注力した。STEM-EDXを用いて原子レベルでの観察を行い、その結果Ru原子がfcc構造と同じ配列で並んでいることが確認された。また、EELSにより含まれている元素を同定し、中性子回折によって含有元素の占める間隙サイトを推定した。さらにXPS、HAXPESによって得られた粒子のRuの電子状態を調べた。温度可変in situ PXRDにより水素下、Ar下での安定性を調べた。また、合成メカニズムの解明を試み、そこで得られた知見から複数の新規Ru合金ナノ粒子の合成にも成功した。

ナノ物質はバルクとは異なる物性を示すため、さまざまな分野で盛んに研究されている。ナノ物質の物性は従来、サイズ、形状等によって制御されてきたが、新たに結晶構造によっての制御が期待されている。二元系合金の場合、固溶体か金属間化合物をとることが考えられ、更にそれぞれでの結晶構造、原子配列の制御が考えられる。原子配列の制御を行うことができれば、元素の組み合わせを変えずに同一組成での電子状態の制御が期待され、機能性材料の創成に非常に有用である。本研究では、半径比の差が固溶の閾値であるRu-Bi系に着目し、固溶体-金属間化合物の制御や、原子配列の制御を行い、得られた物質の物性を調べ、結晶構造、原子配列と物性の相関をまとめ、新規の機能性物質の設計指針を得ることを目指した。本年度は、Ru-Bi固溶合金の合成を試みた。RuとBiは固溶しない組み合わせであるが、RuとBiの金属イオンの還元や0価金属錯体の熱分解の速度を同程度にすることで固溶することが期待される。還元速度は前駆体や、温度、還元剤を変えることで制御し、新規固溶体ナノ粒子の合成を狙った。その際、結晶構造および格子定数が大きく変化した新規Ru合金が合成された。狙った物質ではなかったが、生成物の新規性とその形成メカニズムが特異であったため、この物質の研究に注力した。STEM-EDXを用いて原子レベルでの観察を行い、その結果Ru原子がfcc構造と同じ配列で並んでいることが確認された。また、EELSにより含まれている元素を同定し、中性子回折によって含有元素の占める間隙サイトを推定した。さらにXPS、HAXPESによって得られた粒子のRuの電子状態を調べた。温度可変in situ PXRDにより水素下、Ar下での安定性を調べた。また、合成メカニズムの解明を試み、そこで得られた知見から複数の新規Ru合金ナノ粒子の合成にも成功した。