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2020 Fiscal Year Annual Research Report

オペランド時空間イメージングXAFSによる固体触媒の可視化と構造反応

Research Project

Project/Area Number 18H01940
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

唯 美津木  名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (70396810)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
KeywordsXAFS / イメージング / オペランド計測 / 複合酸化物 / 触媒
Outline of Annual Research Achievements

様々な反応性や機能性を示す固体材料内部の構造、特に反応中における構造は、結晶のような均質な構造を有していないことも多く、試料全体の平均構造を解析する従来の方法では、反応中の機能性固体材料内部の真の構造情報を取り出すことができない。本研究では、これまでに立ち上げてきた透過力の高い硬X線を用いたオペランドXAFS分光、X線イメージング分光を駆使して、複合酸化物触媒粒子のレドックス反応、触媒反応における元素分布、酸化状態、相、局所構造等の空間分布や時間発展、metal-organic framework (MOF) 結晶内の吸着反応の分布等を可視化することで、これらの機能性固体材料の構造と反応の相関を明らかにすることを検討した。
本年度は、100度以下の低温で可逆的な酸化還元特性を示すRhとCrを添加したCe系複合酸化物触媒粒子について、レドックス反応過程における各金属元素の酸化還元挙動、酸化状態、局所配位構造変化をオペランドXAFSにより検討した。NOx還元反応などの触媒反応条件におけるRh, Cr, Ce種の局所構造変化を捉えることで、RhCrCeOx触媒粒子内の各元素の反応性と触媒活性の相関を明らかにした。
また、カーボンナノチューブ表面に修飾したPt-Gd触媒について、酸素還元反応特性を向上させるGdの局所構造、空間分布を解析し、電極反応条件におけるPt, Gdの局所構造をオペランドXAFS分光により初めて明らかにすることで、酸素還元反応特性向上につながるGdの添加効果を明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] 3D Operando Imaging and Quantification of Inhomogeneous Electrochemical Reactions in Composite Battery Electrodes2020

    • Author(s)
      Kimura Yuta、Tomura Aina、Fakkao Mahunnop、Nakamura Takashi、Ishiguro Nozomu、Sekizawa Oki、Nitta Kiyofumi、Uruga Tomoya、Okumura Toyoki、Tada Mizuki、Uchimoto Yoshiharu、Amezawa Koji
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 11 Pages: 3629~3636

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00876

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reversible structural transformation and redox properties of Cr-loaded iron oxide dendrites studied by in situ XANES spectroscopy2020

    • Author(s)
      Matsui Hirosuke、Ishiguro Nozomu、Suzuki Youya、Wakamatsu Kouhei、Yamada Chiharu、Sato Kanako、Maejima Naoyuki、Uruga Tomoya、Tada Mizuki
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 22 Pages: 28093~28099

    • DOI

      10.1039/d0cp04416d

  • [Journal Article] Oxygen Reduction Reaction Performance Tuning on Pt Nanoparticle/MWCNT Catalysts by Gd Species2020

    • Author(s)
      Ichihashi Kentaro、Muratsugu Satoshi、Matsui Hirosuke、Higashi Kotaro、Sekizawa Oki、Uruga Tomoya、Tada Mizuki
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 124 Pages: 26925~26936

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c09308

  • [Presentation] Operando三次元XAFSイメージングによる触媒内現象の可視化2021

    • Author(s)
      唯 美津木
    • Organizer
      化学工学会反応工学部会第14回触媒劣化セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 可視化イメージングを基盤とする触媒インフォグラフィ2021

    • Author(s)
      唯 美津木
    • Organizer
      触媒・電池元素戦略研究拠点第17回公開シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] MOFの分子吸着過程のin situ XAFSイメージング2020

    • Author(s)
      坂本裕俊, 松井公佑, 山田笑菜, 堀彰宏, 松田亮太郎, 永見哲夫, 加藤弘泰, 東晃太朗, 宇留賀朋哉, 唯美津木
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 金属-ゴム界面の接着層に関するCT-XAFSイメージング2020

    • Author(s)
      村本雄太, 松井公佑, 宇留賀朋哉, 唯美津木
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] Preparation and Ammoxidation Performances of Copper and Ruthenium Incorporated Ceria2020

    • Author(s)
      C. Chen, S. Ikemoto, G. Yokota, S. Muratsugu, M. Tada
    • Organizer
      日本化学会第101回春季年会
  • [Presentation] オペランドCT-XAFSによるMOF結晶内の分子吸着過程の三次元イメージング2020

    • Author(s)
      山田笑菜, 坂本裕俊, 松井公佑, 堀彰宏, 松田亮太郎, 永見哲夫, 加藤弘泰, 東晃太朗, 宇留賀朋哉, 唯美津木
    • Organizer
      日本化学会第101回春季年会
  • [Presentation] イメージングXAFSが拓く反応インフォグラフィー2020

    • Author(s)
      唯 美津木
    • Organizer
      表面真空学会関東支部講演会
    • Invited
  • [Presentation] Infography of Heterogeneous Catalysts by 3D Spectro-Imaging and Unsupervised Learning2020

    • Author(s)
      M. Tada
    • Organizer
      17th International Congress on Catalysis
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-12-27  

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