Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
優れた活性と充分な耐久性を有する触媒の創製は、エネルギーや環境の問題を克服するために重要である。しかし、不均一触媒として広く実用化されている担持触媒は、秩序構造の視点が極めて不十分であるために、構造活性相関の観点からの評価、解明が進んでいない。本研究では、原子数、組成に単一にした秩序化によって、構造相関を踏まえた担持触媒の設計指針を構築するために、単一化した金属クラスターを担体表面上に秩序化担持させることにより、担持触媒の活用とその構造および電子物性評価の実験的方法論を構築する。
優れた活性とともに充分な耐久性をもつ触媒の創製は、化学変換やエネルギー変換の一層の効率化によってエネルギーや環境の諸問題を克服するために重要である。とくに、不均一系触媒として幅広く実用化されている担持触媒では、構造活性相関の観点からの評価、解明が重要であるが、秩序構造の視点からの評価が十分でない。本研究では、金属ナノクラスターの構成原子数と組成を精密に制御することで、均一に秩序担持させたナノクラスター触媒の活用とその構造評価を行うことを研究目的とした。研究項目として、合金ナノクラスターの生成、サイズ選別した有機基板への担持、さらには、その触媒活性および電子物性の評価、および、嫌気下での広域X線吸収微細構造解析法(EXAFS法)の構築を行った。金属ナノクラスター生成ではパルスマグネトロンスパッタリング法を用い、四重極質量分析器で特定の原子数、組成の金属ナノクラスターを電極基板上に蒸着させて電極基板とした。基板には秩序性に優れる有機基板として、フラーレンやコロネンなどの有機分子を予め加熱蒸着したグラファイト基板を用いた。X線光電子分光によって、担持基板上の金属ナノクラスターの評価を行った。遷移金属合金、希土類金属合金、貴金属合金、ケイ素と遷移金属などの混合系に対して評価を行ったところ、複合ナノクラスターのサイズ、組成とともに、有機基板の電子受容性と電子供与性によって、担持における電荷状態に依存した反応気体との反応性を見出し、電極触媒としての制御性を見出した。嫌気下でのEXAFS法の構築では、秩序化させた担持触媒の活用と構造評価として、ケイ素と遷移金属の複合ナノクラスターの担持構造を精密に評価する手法を構築した。担持ナノクラスターを対象に、嫌気搬送された担持試料のEXAFS法の構築をA01班、A02班と連携して進め、各構成元素それぞれのEXAFSスペクトルを測定できた。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Physical Chemistry Chemical Physics
Volume: 25 Issue: 14 Pages: 9738-9752
10.1039/d3cp00120b
The Journal of Physical Chemistry Letters
Volume: 14 Issue: 13 Pages: 3285-3295
10.1021/acs.jpclett.3c00043
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 126 Issue: 26 Pages: 10889-10899
10.1021/acs.jpcc.2c02196
Chemical Physics Letters
Volume: 804 Pages: 139909-139909
10.1016/j.cplett.2022.139909
Journal of The Electrochemical Society
Volume: 169 Issue: 10 Pages: 102511-102511
10.1149/1945-7111/ac9a0a
Nature Communications
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1336-1336
10.1038/s41467-022-29034-9
http://chem.keio.ac.jp/nakajima-lab/index.html
