| Project Area | Surface hydrogen engineering: Utilization of spillover hydrogen and verification of quantum tunneling effect |
|---|
| Project/Area Number |
21H05102
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
|
|---|
| Research Institution | The University of Electro-Communications |
|---|
Principal Investigator |
Hiroko Miwa 電気通信大学, 情報理工学域, 准教授 (90570911)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10455280)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
|
|---|
| Keywords | 水素 / ミュオン / 水素スピルオーバー / 触媒 / 酸素欠陥 / 吸着サイト / 表面 / 水素電荷 / 水素拡散 / ゼオライト / 酸化物 / 量子効果 / オペランド測定 / スピルオーバー / 量子トンネル効果 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
触媒反応中に反応物がどういった動的挙動を経て反応するかを理解することは、固体触媒上での反応を理解し、更なる高活性化への指針を得るために不可欠である。“水素のスピルオーバー現象”は新しい触媒活性を創出する可能性があることが、近年、示唆されているが、その原子レベルでの理解はほとんど進んでいないのが現状である。本研究では、水素様素粒子であるミュオンをプローブとして使った触媒反応オペランドミュオンスピン回転/緩和/共鳴法（μSR法）を開発し、この新規μSR法と表面科学的手法を相補的に用いて、水素スピルオーバーを量子トンネル効果との相関を含め原子レベルで理解することを目的とする。
|
| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we have successfully elucidated the charge state and stabilization sites of spillover hydrogen, which are difficult to measure by other methods, by utilizing the properties of muons as pseudo-hydrogen, a subatomic particle that has been scarcely used in the field of chemistry. Specifically, we have clarified the dynamics through in-situ observation of the charge state of reverse spillover hydrogen on the Pd/H-ZSM-5 catalyst effective for the direct alkylation reaction of benzene, and the proton-hydride conversion of the bipolar electrolyte BZI, a battery material.
|
| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
μ+SR法は比較的新しい測定手法であり、主に物理の分野で用いられてきた手法で化学への応用は極めて少ない。本研究では、より複雑な条件での測定となる触媒の領域へμ+SR法を応用し、これまでの実験手法では、ほとんどわからなかった触媒反応に直接かかわる電荷や構造についての情報を得ることに成功した。このように、μ+SR法を触媒分野に用いることで、明らかとすることのできる情報を示し、今後の水素スピルオーバー現象を含めた触媒開発に寄与できるものと考えている。
|
