高性能触媒材料を高速製造する新手法を開発(UB researchers unveil new method for rapidly creating advanced catalyst materials)

2026-06-30 バッファロー大学(UB)

米国のUniversity at Buffaloの研究チームは、高エントロピー合金(HEA)ナノ粒子をわずか数ミリ秒で合成できるワンステップ手法を開発した。研究では、非平衡状態を利用した還元性火炎エアロゾルプロセスにより、複数の金属元素を均一に混合した単相ナノ粒子を高速かつ連続的に生成することに成功した。従来は、元素間の混ざりにくさや還元性の違い、粒子凝集などがHEAナノ粒子の合成を困難にしていたが、新手法ではこれらの課題を克服し、多様な組成の材料を迅速に試作・評価できるようになった。得られたナノ粒子は、燃料電池や水素製造などのクリーンエネルギー技術に不可欠な触媒として利用でき、従来材料より高性能かつ低コストな触媒開発を加速すると期待される。また、本プロセスはスケールアップにも適しており、エネルギー分野だけでなく電子材料など幅広い応用が見込まれる。研究成果はNature Communicationsに掲載され、高エントロピー合金の実用化を大きく前進させる技術として注目されている。

<関連情報>

非平衡還元炎エアロゾルプロセスによる、担持型高エントロピー合金ナノ粒子の生成 Non-equilibrium reducing flame aerosol process to create supported high-entropy alloy nanoparticles

Shuo Liu,Jiashun Liang,Jonas L. Kaufman,Qike Jiang,Dominik Wierzbicki,Kang-Lan Tung,Kaiwen Chen,Haolan Sun,Zhengxi Xuan,Mohd Ashhar Khan,Chengyu Song,Shinyoung Kang,Wei Chen,Gang Wu,Jeffrey J. Urban,Mark T. Swihart & Chaochao Dun
Nature Communications  Published:11 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72958-9  Unedited version

Abstract

High-entropy alloy (HEA) nanomaterials provide opportunities and property combinations for energy and electronic applications, but their practical synthesis faces challenges of elemental immiscibility, metal reducibility, and particle aggregation during their synthesis. Herein, we report a broadly applicable non-equilibrium, scalable, and in-situ reducing flame aerosol process for synthesis of supported HEA nanoparticles. This versatile process can directly load a high concentration of 2 ~ 4 nm HEA nanoparticles on various 1- to 3-dimensional supports. Notably, simultaneous formation of HEA nanoparticles and a mesoporous silica support was successfully realized in a single step. Exploration of this process demonstrates the role of kinetics and entropy on decreasing alloy particle size and altering the reducibility of elements. We propose an entropy-induced reduction mechanism to incorporate oxidizable elements into HEAs, which extends the compositional space of HEA nanoparticles. As a representative catalytic application, we present a RuPdOsIrPt/graphene electrocatalyst with high activity and stability for hydrogen oxidation reaction. Our findings open horizons for high-performance HEA design and applications in diverse fields such as catalysis, electrochemistry, and sensing.

0505化学装置及び設備
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