希土類酸化物超微粒子の創製

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450324
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 足立 吟也 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029080)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 増井 敏行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00304006) ; 町田 憲一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00157223)
• Keywords: 希土類酸化物 / 超微粒子 / 逆ミセル / ジルコニア / 触媒 / マイクロエマルション / 酸素貯蔵能 / 希土類シュウ酸塩

Research Abstract

本研究は、希土類の塩化物、硝酸塩、硫酸塩等の水溶液を可溶化したマイクロエマルションを出発物質とし、これらをアンモニア水を可溶化したマイクロエマルションと反応させることにより、逆ミセル法による酸化イットリウム、酸化セリウムをはじめとした代表的な希土類酸化物超微粒子を合成すること、および得られた粒子の粒子サイズ、粒径分布について系統的に調べ、最小粒子の合成条件を明らかにすること、そして、いままでの合成法では得られなかった粒子径の極めて小さい、単分散性に優れた希土類酸化物超微粒子の合成およびその作製プロセスの確立を目指して研究を行った。
その成果として、有機溶媒中で界面活性剤が形成する逆ミセル内部を反応場とする逆ミセル法により、ナノメートルサイズの酸化セリウム超微粒子の合成が可能であることを明らかにした。また、これらの原料依存性、濃度依存性についても系統的に調べ、最小粒子の合成条件を明らかにし、現時点において最小の平均粒径(2.6nm)を有する酸化セリウム超微粒子の合成に成功した。
さらに、酸化イットリウムにおいても、逆ミセル法を非水溶媒中での結晶化プロセスと組み合わせることにより、液相法で合成された酸化イットリウム超微粒子として、最小の平均粒子径4.0nmを達成した。以上より、いままでの合成法では得られなかった粒子径の極めて小さい、単分散性に優れた希土類酸化物超徴粒子の合成およびその作製プロセスの確立を達成することができた。
さらに、本方法を拡張し、Ce_<0.2>Zr_<0.8>O_2微粒子を逆ミセル法によって合成し、酸化セリウムと同様のキャラクタリゼーションを行った。そして、これらの超微粒子γ-アルミナ上に担持した触媒の活性および耐熱性を、モデル反応である一酸化炭素の酸化活性を指標として評価したところ、逆ミセル法によって調製した触媒は、空気中、1000℃、5時間の耐熱試験後においても、通常用いられる共沈法により調製した触媒より高活性を維持することを明らかにした。この結果、逆ミセル法を触媒調製に応用することで、優れた耐熱性を備えた微粒子担持触媒を調製できることを明らかし、超微粒子の触媒への応用が可能であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Toshiyuki Masui: "Preparation and Characterization of Cerium Oxide Ultrafine Particles Dispersed in Polymer Thin Films" Jornal of Alloys and Compounds. 256. 97-101 (1997)
• [Publications] Toshiyuki Masui: "Characterization of Cerium(IV) Oxide Ultrafine Particles Prepared Using Reversed Micelles" Chemistry of Materials. 9. 2197-2204 (1997)
• [Publications] Toshiyuki Masui: "Carbon Monoxide Oxidation Characteristics over the Al_2O_3-supported CeO_2-ZrO_2 Catalysts Prepared by the Microemulsion Method" Chemistry Letters. 1997. 1285-1286 (1997)
• [Publications] Toshiyuki Masui: "Characterization and Catalytic Properties of CeO_2-ZrO_2 Ultrafine Particles Prepared by the Microemulsion Method" Jornal of Alloys and Compounds. 269. 116-122 (1998)
• [Publications] Toshiyuki Masui: "Reduction Behavior of CeO_2-ZrO_2 Solid Solution Prepared from Cerium-Zirconyl Oxalate" Chemistry of Materials. 10. 4005-4009 (1998)
• [Publications] 増井 敏行: "マイクロエマルションを用いた酸化物超微粒子の合成" セラミックス. 34. 93-96 (1999)