Fig. 1 STEM-EDX-analys av ternära fasta lösning-nanopartiklar. Legering lösning tillstånd utvärdering. Partiklarna på 10 nm är en bärare, och 1 till 2 nm partiklar som vidhäftar till bäraren är nanopartiklar av legering i fast lösning. I elementfördelningsbilden, de tre elementen är röda, blå, och grönt, och partiklar som är helt enhetligt blandade representeras i vitt.
I JST:s strategiska grundforskningsprogram, Furuya Metal och professor Hiroshi Kitagawa, Graduate School of Science, Kyoto universitet, har utvecklat massproduktionsteknik som möjliggör kontinuerlig syntes av flera nm legerade partiklar i fast lösning, som tidigare varit svårt att uppnå. Med denna teknik, vi lyckades uppnå en stabil och kontinuerlig syntes av 1nm-klass nanopartiklar i fast lösning av legeringar och deras stödda katalysatorer, som var svåra att få med allmänna metoder för vätskefasreduktionsreaktion (fig. 1).
I de konventionella metoderna, när vi försöker massproducera nanopartiklar av fast legering, blandningsmetoden för element är inte enhetlig och partikelstorleksfördelningen breddas, gör det svårt att syntetisera kontinuerligt med god kvalitet och stabilitet. För att förverkliga massproduktionsteknik, vi har nyutvecklat ett system för kontinuerligt flöde (bild 2) som tillämpar solvotermisk syntesmetod och introducerade det för Furuya Metal Co., Ltd. Denna utrustning möjliggör kontinuerlig produktion med bibehållen kvalitet på nanopartiklar i legeringar med fast lösning, och vi siktar på massproduktion baserat på denna utrustningskonfiguration.
Fig. 2 Schematiskt diagram över utrustning för tillverkning av solvotermiskt kontinuerligt flöde. Lösningen där råvaran och bäraren är starkt spridda, och reduktionsmedlet som värms upp med värmaren blandas i reaktorn vid hög temperatur och högt tryck, och metalljonerna reduceras till metallatomer på bäraren. Efter det, metallatomer växer på bäraren samtidigt som legering, men den blandade lösningen kyls snabbt, och aggregering av partiklar undertrycks. Som ett resultat, vi kan syntetisera en katalysator med nanopartiklar av fast legering av 1nm-legering som stöds på en bärare.
De nyutvecklade nanopartiklarna med fast lösning av denna syntesanordning är en ny legering gjord av metaller som hade varit omöjliga att blanda ihop. Vidare, det är välkänt inom många forskningsområden, inklusive katalytisk vetenskap, att legeringarnas fysikaliska och kemiska egenskaper dramatiskt förändras genom att minska till nanoskala. Nanopartiklarna i fast lösning anses vara innovativa katalysatorer som renar olika avgaser och effektivt omvandlar råvaror till basiska kemikalier och energi. Därför, de kommer att bidra starkt till förverkligandet av ett hållbart samhälle inom miljörening och tillverkningsteknik som släpper ut mindre koldioxid.
Faktiskt, det är redan under utvärderingsprocess som en avgasreningskatalysator för bilar och kemiska processkatalysatorer och vi främjar dess implementering i samhället i samarbete med inhemska och utländska företag och forskningsinstitutioner.
Fig. 3 Jämförelse av reningsprestanda för kväveoxider (NOx). Legeringarna A och B är ternära nanopartiklar i fast lösning av legeringar där tre typer av element blandas. A och B har olika typer av element. Legering C är en binär nanopartiklar i legering med fast lösning blandat med två sorters element.
Fig. 3 visar resultaten av ett reningsprestanda -test för kväveoxider (NOx) som finns i en bilavgaser. Vi har lyckats utveckla en billig katalysator som är mycket bättre än rodium (Rh), som för närvarande används som den bästa katalysatorn, och det visar aktivitet vid låga temperaturer. Automotive avgasreningskatalysatorer är bra på avgasreningsprestanda i temperaturområdet runt 600 ° C, och det har varit ett stort krav på förbättring av avgasreningsprestanda när motorn inte omedelbart värms upp (kallstart) efter att den startats. Reglerna för avgasutsläpp för bilar har blivit hårdare år för år, och även vid en sådan kallstart, Det är viktigt att förbättra lågtemperaturaktiviteten som uppfyller regleringsstandarderna. Vid utvärderingen av fig. 3, aktiviteten av Rh -katalysator utvärderades också som en jämförelse; dock, reaktionen av legering A syntetiserad med användning av denna teknik startade vid en låg temperatur av cirka 50 ° C. NOx-omvandlingen vid 160 ° C av nanopartiklarna i legeringar i fast lösning var mer än sju gånger högre än för Rh, indikerar att det är en innovativ.
Genom att ytterligare tillämpa denna teknik, det förväntas utveckla nya nanopartiklar av fasta lösningar i legeringar som var svåra att tillverka, och praktisk användning av nanopartiklar i fast lösning som hade varit utan massproduktionsteknik.
