鉄粉と水のみから酸化鉄ナノ粒子を直接合成 ―超音波キャビテーションにより固体鉄-水界面を活性化し、 金属からナノ酸化物へ直接変換―

2026-09-01 東北大学

東北大学の研究グループは、鉄粉と水だけを原料として、磁性を持つスピネル型酸化鉄ナノ粒子を直接合成する超音波プロセスを開発した。従来の酸化鉄ナノ粒子の合成では、鉄塩や沈殿剤などの薬品を使用し、後処理も必要だった。今回、超音波照射によって液体中に生じるキャビテーション気泡の急激な崩壊を利用し、固体鉄と水の界面で反応を促進することで、金属鉄からナノスケールの酸化物へ直接変換することに成功した。この「solid-liquid metal-to-oxide変換」により、薬品を使用しない省資源・低環境負荷型の材料合成が可能となる。鉄粉だけでなく、鉄系微粉や鉄スクラップなどを高付加価値な磁性機能材料へ転換できる可能性があり、医療・バイオ、環境・エネルギーなど幅広い分野への応用が期待される。

鉄粉と水のみから酸化鉄ナノ粒子を直接合成 ―超音波キャビテーションにより固体鉄-水界面を活性化し、 金属からナノ酸化物へ直接変換―
図1. 超音波キャビテーションによる鉄粉から酸化鉄ナノ粒子への直接変換

<関連情報>

音響キャビテーションによって促進される鉄粉と水からの試薬不要の酸化鉄ナノ粒子の超音波化学合成 Reagent-free sonochemical synthesis of iron oxide nanoparticles from iron powder and water promoted by acoustic cavitation

Madoka Yoshikawa, Hirotsugu Takizawa, Yamato Hayashi
Ultrasonics Sonochemistry  Available online: 25 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2026.108028

Abstract

This study demonstrates a distinct reagent-free sonochemical route in which acoustic cavitation directly converts elemental Fe powder into spinel-type iron oxide nanoparticles in water at near-ambient temperatures, without soluble Fe precursors, precipitating agents, or other added reagents. At 43 kHz and 40 °C for 24 h, the obtained particles exhibited a mean diameter of 32 nm and a magnetization of 85.6 emu/g at the maximum applied field. Under otherwise identical conditions at 60 °C, particles with a mean diameter of 33 nm and a magnetization of 76.9 emu/g were obtained. The difference in magnetization may reflect changes in the Fe2+/Fe3+ balance and/or nanoscale magnetic effects, although the phase composition could not be determined quantitatively from the present measurements. Based on the observed morphologies and phase evolution, nanoparticle formation is proposed to involve both homogeneous nucleation from dissolved Fe species and heterogeneous oxidation on the bulk Fe surface. In contrast, mechanical stirring induced Fe oxidation but produced submicrometer-sized particles attached to the Fe surface. Acoustic cavitation may disrupt the surface oxide layer, expose fresh Fe interfaces, and thereby promote the formation and detachment of fine particles. These findings demonstrate acoustic-cavitation-assisted direct metal-to-oxide conversion as a synthesis pathway distinct from conventional iron-salt-based precipitation, while avoiding soluble Fe precursors and precipitating agents.

0501セラミックス及び無機化学製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました