超臨界水熱フロー合成システムによる 高濃度クロムドープセリアナノ粒子の形成機構の解明

摘要

ナノ材料の早期な社会実装に向けて,材料設計から 実材料化に至るまでの開発プロセスの短縮·効率化が 求められている．超臨界水熱フロー合成法は,金属塩 水溶液を超臨界水と急速混合·昇温することで,ナノ 粒子を連続的に合成する手法である．ナノ粒子の迅速 合成や大量合成を実現するほか,プロセスパラメー ターの操作によって反応を精密に制御できるため,効 率的に材料物性とプロセスの相関を明確にできる． 酸化セリウム(セリア,CeO2)ナノ粒子は,粒子表 面のCe3+とCe4+の価数変化に伴う高い酸素吸放出能を 有し,様々な反応の有望な触媒·酸素キャリアとして 期待される．このCeO2 ナノ粒子にCr をドープすると,CeO2 結晶中の酸素空孔濃度が上昇し,触媒活性が向 上する[1]．CeO2 ナノ粒子の触媒性能はCr ドープ量に 依存し,高濃度Cr ドープCeO2 ナノ粒子の合成により 高い触媒機能を実現できる[2]．また,Cr ドープCeO2 ナノ粒子をバッチ反応器で合成した場合は,Cr ドー プ量が 5 mol% であったのに対し,同条件におけるフ ロー合成では 38 mol% を達成したことから,合成プ ロセスとCr ドープ量の相関解明により,CeO2 ナノ粒 子への高濃度Cr ドープを実現できると考える． 本研究では,高濃度Cr ドープCeO2 ナノ粒子の形成 機構解明に向け,超臨界水熱フロー合成法によりプロ セス因子を変化させてCr ドープCeO2 ナノ粒子を合成 し,その物性と合成プロセスの関係について精査した．