Creation of novel catalytic functions using hypermaterial alloys as a platform
Publicly Offered Research
| Project Area | Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space |
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| Project/Area Number |
22H04581
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
亀岡 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60312823)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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| Keywords | ハイパーマテリアル / 新奇触媒機能 / プラットフォーム / ハイパーマテリアル合金 / Al-Pd-Ru / 準結晶 / 近似結晶 / 過飽和固溶体 / リーチング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ハイパーマテリアル（HyPM）の触媒材料への応用を目指し、“実条件下”でのHyPM合金の表面状態評価・解析とその表面をプラットフォーム（PF）とした新奇触媒機能創出を目指す。ナノカーボン(NC）合成反応は活性サイトとなる触媒金属種の状態に非常に敏感であり、NCの構造・形態が触媒表面の活性点構造と自身の反応履歴を見事に反映する。そこで、前回の公募研究に引き続きNC合成反応をプローブとしてHyPM合金表面の状態解析を行うと伴に生成したNCの構造・形態との因果関係を直接検証し、HyPM由来の新奇なナノカーボン構造・特性の発現（hidden order）と新奇触媒機能の創出に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ハイパーマテリアルの代表格である準結晶・近似結晶合金の触媒材料への応用展開を目指し、表面構造と触媒特性（“実条件下”での）の相関性を評価・解析することを目的としている。本年度は、Icosahedral型Al-Pd-(Ru, Fe)系準結晶・近似結晶をターゲット材料として、触媒材料としての可能性を探った（①前駆物質としての検討、②準結晶・近似結晶触媒としての検討）。Al-Pd-Ru系において異なる相の合金を作り分けることに成功した：Al71Pd19Ru10 (IQC), Al72Pd16.4Ru11.6 (P40), Al70.4Pd14.7Ru14.9 (C1)。そこで、これら作製した合金試料を用いて、各種触媒反応試験（CO酸化反応： CO + 1/2O2 → CO2、C2H2部分水素化反応： C2H2 + H2 → C2H4）により合金相と触媒特性との相関を検討した。
作製した各種Al-Pd-Ru系試料を粉砕・微粉末化（20-75μm）し、20wt% NaOH水溶液中でリーチング処理（室温, 24h）行った。その結果、合金中のAlが選択的に溶出することで母合金構造は消失しPdとRuが原子レベルで互いに交じり合った過飽和固溶状態になっていることがわかった。ここで興味深い点は、バルク金属においてPdとRuは固溶体や金属間化合物を形成しない非固溶系である。そこで、CO酸化反応特性を調べた。その結果、L-P40 > L-C1 > L-IQC > L-DAP > L-DQCとなり、Ｐ40相から作製したPd-Ru合金が最も高いＣＯ酸化活性を示すことが判った。このことは、ＣＯ酸化において、ＰｄとＲｕの役割が異なることからPｄ/Ru比率に最適値が存在すると推察した。Pd/Ru比を制御できる触媒合金前駆物質としてAl-Pd-Ru系は有効であることがわかった。
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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
Al-Pd-Ru合金系をターゲットとしたことで、ハイパーマテリアル合金が前駆体合金として有効であることが判明した。ここで興味深い点は、バルク金属においてPdとRuは固溶体や金属間化合物を形成しない非固溶系であるが、ハイパーマテリアル合金Al-Pd-Ruをリーチングすることで一段でPd-Ru合金を合成できることが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、ハイパーマテリアルの代表格である準結晶・近似結晶合金の触媒材料への応用展開を目指し、表面構造と触媒特性（“実条件下”での）の相関性を評価・解析することを目的としている。本年度は、前年度に作製した各種合金試料に対して、各種手法（XRD, HAXPES, SEM-EDS, TEM, ICP etc.）を用いキャラクタリゼーションを行い、触媒特性の発現要因を調査し理解を深め、高性能触媒材料開発の指針を得る。また、ここで得た知見をもとに他の合金系および反応系においても調査を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
