2018 Fiscal Year Annual Research Report
希少金属有効利用を実現する移動発生源排ガス浄化材料システムの開発
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17H03100
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小澤 正邦 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (30252315)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 希少金属低減 / 自動車 / 排ガス / 三元触媒 / 酸素貯蔵能 / セリアジルコニア / 白金族 / ディーゼルすす |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エンジン等の動力源を搭載し移動する移動発生源での排ガス浄化処理は、適材適所のエネルギー利用と大気環境保全の両立が必要であることから、さらなる開発が求められる技術分野になっている。関連する分野での技術の幅広い利用のために、高価な希少金属の使用量を少なくして資源負荷低減を図りながら達成できる高効率浄化触媒技術の開発への関心が高まっている。本研究は、その実現のために、触媒使用量当たりの高活性化の可能性を追求し、とくにガソリンエンジン排気用三元触媒ならびにディーゼル排気中すす浄化のためのナノ材料設計の観点から研究を進めている。２０１８年度までに、以下の研究を行った。１．貴金属／セリア系担体およびその複合化触媒材料の作製と微細構造解析、２．貴金属の状態の解析（XAFS等）、３．担体および低減化の効果を具現した微細構造の設計と精密化、４．貴金属を低減した複合化触媒の浄化触媒性能と反応性調査、５．複合担体触媒によるディーゼル粒子排出物（PM）燃焼特性。とくに、金属酸化物担体のナノ複合化技術の精密化を行うとともに、加えて、白金族やその合金系のナノ粒子の利用、貴金属と担体との相互作用の最適化、さらには遷移金属類を活用した複合化した触媒設計について研究した。セリア／白金族系での協奏的な触媒作用の解明にはその基礎研究としてモデル化したナノ粒子／基板系触媒の作製と評価を行った。これらの研究推進によって、従来よりも白金を１０分の１程度に低減した排ガス浄化触媒の実現に向けて有効な結果が得られてきている。さらに機能を複合化し十分に設計された触媒材料技術の研究を他の浄化対象に向けても展開している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
希少元素使用量低減化のため、希少金属使用量を少なくしても有効な性能をもつよう、触媒の各機能の付与と拡大、貴金属のナノ化や最適担持状態、ナノレベル制御化材料の設計ならびに新規作製プロセスの研究を行った。その性能評価を行うとともに応用拡大を図った。各研究の具体的な説明は下記である。１．コアシェル型担体を用いて、貴金属／担体系およびその複合化触媒材料の作製と微細構造解析を行ったところ、約1nmの金属白金粒子を安定に維持できることが分かった。三元活性を評価したところ、セリア担使用時よりも低減化後でも高活性になる結果が得られた。２．貴金属の状態の解析として白金、パラジウム、ロジウム触媒のXAFS測定を行い、ナノ化や合金化にともなう構造変化を種々の反応耐久後において調べた。粒径と浄化性能、状態（XANES）に関係が示唆された。３．担体および低減化の効果を具現した微細構造設計をさらに精密化するために、ナノ粒子の複合化やそのモデル化材の基板上の分散、さらには薄膜コートプロセス技術へも展開し，一部はモデル触媒による反応研究を行った。４．貴金属を低減した複合化触媒の浄化触媒性能改善に対して、貴金属ナノ粒子とその複合化したナノ粒子を作製した。これらを用いる触媒のCO酸化、三元浄化、水素との相互作用に関する評価を行った。５．ジルコニア複合担体やセリア触媒によるディーゼル粒子排出物（PM）燃焼特性を評価し低温でのPM燃焼効果を見出して、PMのトラップ及び燃焼効率化のための触媒材料の複合形態を検討した。これらの研究推進によって、従来よりも白金を１０分の１程度に低減した排ガス浄化触媒の実現に向けて有効な結果が得られ、さらに機能を複合化し十分に設計された、希少金属有効利用した触媒材料技術の開発成果のめどが得られた。なお、成果に関連した知財出願を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
触媒材料技術の開発により得られた成果から、ナノ粒子の特性を活用した金属、金属酸化物、基体等を組み合わせ、さらに貴金属を有効利用（低減）した排ガス浄化触媒を作製して、性能の向上効果をねらった各種条件等の制御、性能評価を行う。具体的には、１．金属酸化物担体のナノ複合化技術のさらなる精密化、２．白金族やその合金系のナノ粒子の利用と高分散化、３．貴金属と担体との相互作用の最適化、４．遷移金属類を活用した複合化した触媒設計、５．モデル化したナノ粒子／基板系触媒作製と評価、６．PM燃焼触媒の新規設計と解析などに展開する。以上により、排ガス浄化技術向上のための希少資源低減化触媒システムの高性能化に向けて研究を推進する。
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