2019 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on dynamic surface structure change and reactivity on model alloy catalysts
| Project/Area Number |
17K14432
|
|---|
| Research Institution | Institute for Molecular Science |
|---|
Principal Investigator |
小板谷 貴典 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (60791754)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 二酸化炭素 / 水素 / 水 / 雰囲気光電子分光 / 銅-亜鉛合金 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
金属触媒は、合金化によりその反応性を変えることができるが、触媒動作中では静的に合金表面が保たれているわけではなく、表面偏析などが動的に起こっていると考えられる。本研究では、単結晶金属表面に他種金属を蒸着することにより、モデル表面合金系を作製して、表面で起こる反応を実験的にその場観測することにより、反応メカニズムの解明を目指した。とりわけ、反応中の表面の動的挙動と反応性の間の相関を明らかにすることを目的として研究を行った。
本研究では銅－亜鉛表面合金系での二酸化炭素の水素化反応を調べるため、単結晶銅表面に亜鉛を蒸着することにより、銅－亜鉛表面合金を作製し二酸化炭素の活性化および水素化反応をオペランド雰囲気光電子分光装置を用いて調べた。二酸化炭素雰囲気下における表面では、まず二酸化炭素からカーボネートおよび酸素が形成される。それに伴って、亜鉛が選択的に酸化され表面に酸化亜鉛として析出する。また、0.4 mbar程度の水素雰囲気下では水素化反応は起こらず、反応ガスに0.05 mbarの水を添加するとカーボネートの水素化が起こり表面にフォルメート（HCOO）が形成されることが明らかとなった。このことは、二酸化炭素の水素化には水が重要な役割を果たしていることを示唆している。一方、基板の酸化状態も気相雰囲気によって大きく変わり、例えば試料温度473 Kにおいて水素と二酸化炭素だけでは銅-亜鉛合金であるのに対して、少量の水が気相に存在すると酸化亜鉛が銅表面上に形成される。この結果は、表面酸化状態と反応活性は気相雰囲気によって著しく影響を受けることを示している。したがって、触媒反応活性サイトを調べるためには、気相が存在する条件下で触媒表面をその場観測することが重要であるといえる。
|
