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

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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。