Surface hydrogen engineering: Atomic level elucidation of hydrogen spillover by development of operando muon spin rotation acmethod

2023 Fiscal Year Final Research Report

• 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
• 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

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.

Free Research Field

表面化学

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。