【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0026
利用課題名 / Title
レーザー誘起還元法により作製される完全固溶合金ナノ粒子の構造評価
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,触媒材料/Catalyst materials, 微粒子/Fine particles, コロイド/Colloid
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中村 貴宏
所属名 / Affiliation
株式会社illuminus
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
黒田 陸斗,福田 真一
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
早坂 浩二
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-520：透過電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
レーザー誘起還元法では金属の前駆体を含む溶液中へのレーザー照射により状態図に存在しない非平衡な完全固溶合金ナノ粒子を室温・大気化で合成可能であり、従来の金属ナノ粒子材料が抱える課題の解決や新規用途への適用が期待されている。一方で、作製される合金ナノ粒子の実用化のためには、同手法における合成効率の大幅な改善が求められている。レーザー誘起還元法における固溶合金ナノ粒子の形成は、高強度レーザー光の焦点において生じる超短時間の物理化学的還元反応に基づいていることが示されているが、これまで、還元反応を阻害する酸化性ラジカルのラジカル補足材を添加することによりナノ粒子の合成効率が10倍程度向上することを示している。ラジカル補足材は酸化性ラジカルと反応して還元性のラジカルとなるが、ラジカル補足材の添加が同手法による固溶合金形成に及ぼす影響については明らかとなっていなかった。そこで本検討では、ラジカル補足材を添加した場合に非平衡な固溶合金ナノ粒子が形成可能か検討した。
実験 / Experimental
レーザー誘起還元法においてラジカル補足材を添加した際の固溶合金ナノ粒子の形成可否を調査するために、二元系状態図において溶解度ギャップを有するAuとPtを選択した。塩化金酸および塩化白金酸イオンを1:1 (mol比) で含有する水溶液に対してラジカル補足材Aを約5 vol%添加して前駆体溶液を調整した。調整した前駆体水溶液に対してフェムト秒パルスレーザーを一定時間集光・照射した。レーザー照射後の溶液をマイクログリッド上に滴下・乾燥させ、電子顕微鏡観察用のサンプルを作製した。前記サンプルをARM-200F (TU-504) や2100Plus (TU-520)を用いて観察し、レーザー誘起還元法により作製されたナノ粒子の形態や粒径、各構成元素の分布状態について分析した。
結果と考察 / Results and Discussion
レーザー照射後試料のTEM観察では、粒径10 nm程度のナノ粒子の形成が確認された (図1)。また、各ナノ粒子におけるAuとPtの分布についてSTEM-EDSにより分析したところ、それぞれのナノ粒子内でAuとPtが偏りなく均一に存在していることが確認され (図2)、完全固溶合金が形成していることが示された。また、組成分析結果から各粒子内におけるAuとPtの原子数比は1:1であり、各元素の仕込の比率を反映していることが確認された。したがって、レーザー誘起還元法を用いたナノ粒子の合成効率の向上を目的としてラジカル補足材を添加した場合においても、非平衡な固溶合金ナノ粒子が形成可能であることが示された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 ラジカル補足材を添加した前駆体溶液に対するレーザー照射により作製されたAu-Ptナノ粒子の透過型電子顕微鏡像
図2 ラジカル補足材を添加した前駆体溶液に対するレーザー照射により作製されたAu-Ptナノ粒子のSTEM-EDSマップ
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究を進めるにあたり、透過電子顕微鏡の使用の際に多くのご助力を頂きました、東北大学 材料分析研究コア ARIM事業班 早坂 浩二氏に深く感謝いたします。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Rikuto Kuroda, Effect of additives on the synthesis efficiency of nanoparticles by laser-induced reduction, Beilstein Journal of Nanotechnology, 16, 464-472(2025).
DOI: doi.org/10.3762/bjnano.16.35
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Rikuto Kuroda, Shuhei Shibata, Hideki Ina, Takahiro Nakamura "Effect of additives on efficiency of gold nanoparticles formation by laser-induced reduction method" The 7th International Conference on Advanced Nanoparticle Generation and Excitation by Lasers in Liquids, 令和6年5月28日
- Shuhei Shibata, Rikuto Kuroda, Hideki Ina, Takahiro Nakamura "Improving the production efficiency of gold nanoparticles in the laser-induced reduction method by optical system modulation" The 7th International Conference on Advanced Nanoparticle Generation and Excitation by Lasers in Liquids, 令和6年5月30日
- T. Nakamura, R. Kuroda, S. Fukuda, H. Ina "Highly efficient synthesis of solid-solution alloy nanoparticles by laser-induced reduction for industrial applications" SPIE Photonics West, 令和7年1月29日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：2件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件