2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H06131
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大山 順也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50611597)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 金属ナノ粒子 / 固体触媒 / 双晶 / 形態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度では、(1) 双晶Au ナノ粒子の触媒作用と構造制御手法の展開を目的に、TiO2担持双晶Auナノ粒子を用いたプロピレン酸化反応を行った。その結果、双晶構造によってプロピレンオキサイド収量が向上することが示唆された。 (2) さまざまな金属ナノ粒子への双晶構造の導入および形態制御、および、(3)粒子形態制御メカニズム解明について、H28年度に見出したCOガス吸着によるPtナノ粒子の形態制御について引き続き研究を進めた。形態制御したPtナノ粒子を用いてシンナムアルデヒドの水素化を行ったところ、Pt露出面の効果が非常に大きいことが判明した。具体的に、(100)面で囲まれたキューブ、(111)と(100)で囲まれた立方八面体、球状の3形態のPtナノ粒子の触媒性能の比較から、平面と球面、さらに、平面の中でもPt(111)とPt(100)で水素化活性および選択性が変化することが明らかになった。形態制御メカニズムの点では、COがPt(100)面に強く吸着しかつ表面構造を再構成することが見えてきた。また、AuPd合金ナノ粒子についてもCO処理を検討しAuコアPdシェルの構造が生成することが判明した。(4) 双晶構造効果の起源解明について、H29年度は、Auナノ粒子へ双晶構造を導入することでシンナムアルデヒドの水素化活性が向上した原因を調査することを目的に、双晶構造の有無によるHの吸着エネルギーをDFT計算によって求めた。その結果、双晶構造を有するAuナノ粒子は単結晶と異なる様式でHが吸着しそのエネルギーが高くなることが分かり、双晶構造によるH吸着エネルギーの増加が水素化活性の向上の原因であると示唆された。
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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
(1) 双晶Auナノ粒子の触媒作用と結晶構造制御手法の展開についてのみ取り組Au触媒について、計画通りプロピレン酸化反応へ展開した。(2)様々な金属種への双晶構造の導入・形態制御について、Au-Pd、Pd、Agについて計画通り取り組み、Au-Pd、Pdにおいてはガスによって構造制御可能であることが見えてきたが、Agナノ粒子については、Au、Pd、Ptと同手法では構造制御ができなかった。H30 年度、前駆体や担体の効果を検討することでAgナノ粒子への双晶構造導入を試みる。(3)双晶Auナノ粒子構造発現メカニズムについて、ナノ粒子へのCO吸着エネルギー算出により、CO吸着を含む表面・界面エネルギーから説明可能であることが分かり、また、Ptナノ粒子の形態制御機構についてもIR分光法および電子顕微鏡観察から明らかになりつつある。(4) 双晶ナノ粒子の高い水素化活性の起源について、DFT計算によってH吸着エネルギーが双晶構造によって高くなることが判明した。双晶ナノ粒子の特異な触媒特性の起源解明は当初計画より前倒しで進んでいる。以上のことからおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
双晶Auナノ粒子触媒については反応種を展開、双晶・形態制御については金属種展開を継続、粒子構造制御メカニズムについてはその場観察に取り組み、双晶効果の起源については、双晶の中でも多重双晶と単純双晶に分け、多重双晶に現れる歪の効果について検証する。
(1) 双晶Auナノ粒子触媒の反応展開：双晶Auナノ粒子触媒の反応展開を継続する。具体的に炭化水素の部分酸化を計画する。
(2) 様々な金属ナノ粒子への双晶構造の導入および形態制御：Auと同様に双晶界面エネルギーの小さいAg、Cuナノ粒子、またAuPdなどの合金ナノ粒子における双晶構造導入を進める。また、ガス吸着によるPtナノ表面再構成を利用した触媒開発を展開する。
(3) 粒子形態制御メカニズムの解明：Ptナノ粒子でCOガスによる形態変化が明らかに見られたことから、in situ TEMを用いたCOガスによるPtナノ粒子での形態制御メカニズムの検討から着手し、その後CO雰囲気下での双晶Auナノ粒子の生成機構へと研究を進める。
(4)多重双晶の歪の効果：双晶粒子の中でも歪を有する多重双晶と粒子内に歪を生まない単純双晶に分けられる。これまでの理論計算から多重双晶の歪が触媒性能に強く影響を与えることが示唆された。H30年度は、画僧解析等を駆使して実際に調製したAu触媒中に多重双晶、単純双晶、単結晶の割合を評価することで多重双晶の効果を調べ、計算結果の検証を行う。
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