KAIST、「ナノ粒子の逆説」を初めて解明…「複数の金属を混ぜると組成がより均一に」

概要

KAISTの鄭喜泰教授らのチームが、複数の金属を混合するとナノ粒子の組成がより均一になるという「ナノ粒子の逆説」を初めて解明しました。この研究は、先に定着した原子が後から加わる原子の「飛び石」となり、成分が均一化する「成分集中」現象を発見。この原理を検証した5種類の金属を含むナノ粒子触媒は、アンモニア分解による水素生成反応でルテニウム触媒より約4倍高い効率を示しました。これは次世代エネルギー・触媒技術に新たな転換点をもたらすものです。

詳細

韓国科学技術院（KAIST）の鄭喜泰（チョン・ヒテ）生命化学工学科碩座教授率いる研究チームが、ナノ材料分野における長年の常識を覆す「ナノ粒子の逆説」を世界で初めて解明しました。この画期的な発見は、「複数の金属元素を混合すると、ナノ粒子の組成が予想に反してより均一になる」という驚くべき現象を明らかにしています。これまでのナノ材料科学では、複数の異なる金属を混ぜ合わせると、その構造が不安定になり、不均一に分布すると考えられていました。

しかし、KAISTの研究チームは、この従来の概念に挑戦し、金属元素の種類が増加するにつれて、粒子を構成する成分が一方向に集中し、結果として均一化する「成分集中」現象が起こることを突き止めました。さらに、このメカニズムを詳細に解析した結果、先に粒子内に定着した原子が、後から追加される原子がより容易に付着するための「飛び石」のような役割を果たすことを確認しました。この新しい原理を実証するため、研究チームは5種類の金属を含む多成分ナノ粒子触媒を作製しました。この触媒を用いてアンモニアを分解し水素を生成する反応を評価したところ、現在広く利用されているルテニウム触媒と比較して、約4倍もの高い触媒効率を示すことが確認されました。この重要な発見は、次世代のエネルギー技術や触媒技術に新たな転換点をもたらすものであり、これまで困難とされてきた複雑なナノ材料の精密な設計と合成に無限の可能性を拓くものとして、非常に高く評価されています。