日本東工大開發出多元合金納米顆粒的新合成方法

科技 10-04

日本東京工業大學和理化學研究所組成的研發小組新開發了「原子混合法」，能在極微小的納米顆粒中，以不同的比例和組合混合多種金屬元素。利用這種方法，首次成功合成了分別混合5種和6種金屬的多元合金納米顆粒。

以往的方法在合成多元合金納米顆粒時，最多只實現過3種金屬的均勻合金化。而利用此次開發的「原子混合法」，不僅合成的金屬元素種類多，而且，如果將納米顆粒的尺寸和混合比例也考慮在內，就可以實現非常多的組合，有助於形成新的物質群和開拓新領域。另外，利用該方法還有望開發出目前尚未發現的新型功能材料。

相關論文發表在2018年9月24日發行的英國科學雜誌《自然通訊》（Nature Communications）的在線版上。

　　　　　＜研發

背景＞　

混合多種金屬元素的多元合金納米顆粒因功能豐富而得到廣泛研究。如果可以自由混合各種金屬元素，則有助於開發高功能材料和發現新物質。但如果混合的金屬種類太多，不同的金屬在納米顆粒中會相互分離，因此，以前最多只均勻混合了3種金屬。

尺寸比普通納米顆粒更小、粒徑達到1nm的極微小顆粒被認為不會發生金屬之間的分離，能混合3種以上的金屬。但以前的方法一直未確立在1nm的極微小區域精確控制顆粒尺寸和混合比例來合成合金納米顆粒的技術。

　　　　　＜研究成果＞

研發小組此次開發了能在粒徑約1nm的極微小納米顆粒中，以不同的比例和組合自由混合5種以上金屬的「原子混合法」。這種方法把具備樹狀規則結構的樹形聚合物作為鑄模使用，在樹形聚合物結構中導入多種金屬離子，通過化學還原這些金屬離子來合成多元合金納米顆粒。此次首次成功合成了混合5種和6種金屬的合金納米顆粒。利用「原子混合法」合成合金納米顆粒時，可以精確控制顆粒尺寸和合金混合比例（圖1）。而不採用樹形聚合物的普通方法很難控制顆粒尺寸和混合比例，會出現金屬之間相互分離的現象（圖2）。