Design and fine tuning of environmental catalysts based on in-situ/operando spectroscopy

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01787
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Satsuma Atsushi 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00215758)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大山 順也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (50611597) ; 沢辺 恭一 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (80235473) ; 織田 晃 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80762377)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 触媒反応 / 環境触媒 / ナノ材料 / in-situ / operando

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to find a design strategy of environmental catalysts based on the reaction mechanism analysis by in-situ/operando spectroscopies, and we obtained the following results: (1) Proposal of noble metal-free tandem catalyst which is combined a hydrocarbon preference oxidation catalyst and a NO-CO reaction catalyst. This is the world's first example that noble metal-free catalyst exhibited comparable deNOx activity to that of a noble metal catalyst. (2) Successful demonstration of selective exposure of active crystal planes and control of redox properties by metal- support interaction in Pd nanoparticles. (3) Design concept of hydrogen oxidation reaction catalyst for fuel cells by adsorption sites separation. Ru/Pt/C catalyst exhibited 2.4 times higher activity compared to a standard Pt/C catalyst.

Free Research Field

触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

社会的意義：希少な貴金属の使用量の削減につながることが、(1)～(3)に共通する意義である。特に(1)は触媒の機能を分割することにより貴金属を使わない自動車排ガス浄化触媒設計の可能性を提示した。
学術的意義：動作条件下でのスペクトル測定が、環境触媒の反応機構や活性を制御する因子を原子レベルで理解するための有効な手段であることを示した。特に (2)では高分解能電子顕微鏡を利用して、金属ナノ粒子上で高い触媒活性を示す結晶面の特定と担体による制御を行った。