Acceleration of Multi-Electron Transfer Reactions Utilizing Dynamic Nauture of Sub-Nanoparticles
| Project/Area Number |
23K23359
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| Project/Area Number (Other) |
22H02091 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
今岡 享稔 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80398635)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | サブナノ粒子 / ナノ粒子 / 触媒 / クラスター / 電気化学 / 二酸化炭素 |
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| Outline of Research at the Start |
自然界では光合成反応と呼吸反応がそれぞれ生物のエネルギー源であるが、その元となる二酸化炭素還元や酸素還元はどちらも多電子移動反応であり、大きな活性化エネルギーが活用のネックになっている。本研究は「この活性化エネルギーの限界点を超えるにはどうすればよいのか」という問いを起点とし、現在申請者が研究を展開している金属サブナノ粒子の原子動力学（動的触媒作用）がその課題解決の解であるという仮説に基づいて、多電子移動反応である酸素還元や窒素還元、CO2還元反応の加速を狙うものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボン(Ketjenblack)担持Pd28、 Pd12Sn16、 Sn28サブナノ粒子触媒を用いて測定を行い、Arフロー下とCO2フロー下で得られたLSV曲線の電流値を比較し、CO2還元反応における活性を評価した。Pd28、 Pd12Sn16、 Sn28サブナノ粒子において、CO2飽和時においてAr飽和時よりも電流値が大きくなるような挙動が観測され、Pd-Sn系サブナノ粒子は水素発生反応よりもCO2還元反応に有意な触媒作用を示すことが確かめられた。そこで、-1.4 V から-1.9 V の範囲で、Pd-Sn 系サブナノ粒子を用いてクロノアンペロメトリー測定を2 時間行いそのファラデー効率を算出すると、Pd と Sn を合金化した Pd4Sn24 および Pd12Sn16 サブナノ粒子においては、ギ酸の選択性が低 下していることが確認された。現段階では気相成分の分析に至っていないが、気相生成物の 割合が増加していることが原因であると考えられる。また、Sn28 サブナノ粒子は、-1.5V vs.SCEでもっとも高いギ酸に対するFE が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、4, 5,6, 9, 10, 11属の元素からなる2元素合金の探索を進めており、現時点ではPdSn系合金の触媒作用有意性を突き止めている。引き続き探索を継続する必要はあるものの、すでに見つかっている触媒のサイズ効果(ナノ粒子との比較)を分光学的、電気化学的側面から進めることによって研究計画が遂行できる状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
サブナノ粒子のゆらぎは原子分解能電子顕微鏡で直接観察が可能であり、ゆらぎの速度を動画解析により定量化もできるため、触媒の動的作用との関係があるのか比較を行う。また、分子動力学計算を用いてサブナノ粒子の構造変化に要する活性化エネルギーを明らかにできるので比較する計画である。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
