2016 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Novel High Performance Catalyst Tailored by Chemo-mechanical Effects
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16H06293
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石原 達己 九州大学, 工学研究院, 教授 (80184555)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八島 正知 東京工業大学, 理学院, 教授 (00239740)
Tellez Helena 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 助教 (10773872)
酒井 孝明 九州大学, 工学研究院, 助教 (20545131)
萩原 英久 九州大学, 工学研究院, 助教 (30574793)
ドルース ジョン 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 助教 (50635886)
伊田 進太郎 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70404324)
ステイコフ アレクサンダー 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 准教授 (80613231)
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| Project Period (FY) |
2016-04-26 – 2021-03-31
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| Keywords | 触媒 / 化学機械応力 / ナノサイズ効果 / イオン伝導性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザーアブレーション法で、Auを高分散したCeO2ナノ薄膜の作成を行い、電導度の変化を検討した。作成したAu分散CeO2薄膜の後方散乱SEM像から得られたCeO2薄膜は均一で、緻密な膜質を有しており、内部に微粒子のAuとやや大きめのAu粒子の析出を観測することができた。XRD測定で残留応力の計測を行ったが、大きな残留応力は観測されなかった。一方、電導度の温度分圧依存性をCeO2薄膜およびAu分散CeO2薄膜と比較した。その結果、薄膜化により電導度はわずかに向上し、Au添加により電導度はさらに向上することが分った。XPSを用いたCeの酸化数の分析を行ったところ、Auを分散することで、Ce3+の割合が増加したことから、このような電導度の増加は薄膜化による局所歪に立脚する酸素イオン伝導性の向上効果と推定された。
Ａu分散により生じる化学機械応力の光触媒活性に及ぼす影響について検討した。触媒はAuを分散担持したルチルとアナタ―スからなるTiO2(P-25)を、プラズマ焼結により800℃で焼結し、再度、粉砕して用いた。ディスク状態ではAuを添加してプラズマ焼結した試料では、X線回折ピークが高角度側にシフトし、格子が縮んだことが推定された。つまり、圧縮応力が発生したと推定される。一方、このディスクを粉砕すると、格子歪は観測されなくなったが、ルチルとアナタ―セ型結晶相の割合が変化し、アナタ―セ型TiO2の割合が増加した。このようにして得たAu分散TiO2を用いて420nmロングパスフィルターを用いたキセノンランプを照射光として、MVの還元反応を行い、同様にして作成したTiO2に比べると明らかにAuを添加したTiO2ではMVの還元速度が大きく、Auを用いて格子への局所歪の効果が発現したと考えている。
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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
当初目的として化学機械応力に立脚するイオン伝導度の向上に成功するとともに、光触媒における可視光応答性の発現に成功するとともに、光触媒活性の向上に成功しているので。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、結晶格子定数が異なる酸化物のnmレベルの薄膜の積層またはバルク内への熱膨張係数の異なる金属または酸化物、窒化物などのナノ粒子の分散による引っ張り応力の発生と化学的な緩和過程を利用して、異常原子価を発生した種々の複合材料を合成する。発生する応力を、ラマン分光法など種々の機器分析で、観測するとともに、表面組成の変化、吸着特性の変化、バルクのイオン伝導の変化との関係を明確に示す。一方、これらの基礎物性の変化に立脚した新奇な触媒性能として、酸素還元触媒能、ディーゼル排ガスからの黒煙状粒子（PM)酸化触媒、窒素酸化物(NOx)の直接分解,光触媒などとの関係を検討し、新概念触媒への展開を検討する。
化学機械応力の発生は金属の高温での接合を利用する手法やナノ薄膜を検討するとともに、あらたに圧力とひねり加工を組み合わせた巨大ひねり加工処理の応用を新たに検討を行い、多くの欠陥を導入した新奇な材料の作成と表面組成や触媒作用の変化を検討する。
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[Journal Article] Visible-Light-Driven Photocatalytic Hydrogen Generation on Nanosized TiO2-II Stabilized by High-Pressure Torsion2016
Author(s)
Hadi Razavi-Khosroshahi, Kaveh Edalati, Masashige Hirayama, Hoda Emami, Makoto Arita, Miho Yamauchi, Hidehisa Hagiwara, Shintaro Ida,Tatsumi Ishihara, Etsuo Akiba, Zenji Horita, and Masayoshi Fuji
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Journal Title
ACS Catalysis
Volume: 6
Pages: 5103-5107
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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