2021 Fiscal Year Annual Research Report
Unified theory of metal-oxide interactions for platinum-group three-way catalysts
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18K04935
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
古賀 裕明 大阪大学, 理学研究科, 招へい研究員 (80519413)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自動車触媒 / 金属・金属酸化物接合 / 貴金属クラスター / NOx還元反応 / 電子状態計算 / セリア / ジルコニア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
白金族クラスターを金属酸化物粒子に担持した貴金属三元触媒は，ガソリンエンジン排気ガス浄化のため広く使用されている高機能化学物質であるとともに，ヘテロスケール接合，金属・絶縁体接合として，表面・界面科学の興味深い研究対象である．研究期間を延長した2021年度では，これまでの研究の過程で発生した以下の発展的課題に取り組んだ．
（1）酸化セリウムの酸素欠陥がNO解離活性に与える影響を密度汎関数計算により検討した．2020年度の検討により，酸素欠陥は金属・担体接合界面周縁部ではなく，金属クラスター底部に生じやすいため，一般的に考えられているような酸素欠陥を活性サイトとする反応サイクル（Mars-van Krevelen機構）は起きにくいと考えられる．それでも金属クラスターの電荷の変化がNO解離活性に影響する可能性があるが，計算したところ酸素欠陥導入により生じた余剰電荷はその真上の金属原子にほぼ局在しており，クラスター表面におけるNO解離活性はむしろ低下するとの結果が得られた．酸化セリウムのredox特性は，酸素バッファとして三元触媒には必要不可欠であるものの，ミクロなNO解離素過程に直接影響しているわけではないようである．
（2）酸化ハフニウム担持白金族クラスターのNO解離活性を検討した．昨年度までの検討では酸化ジルコニウム担体が酸化セリウム担体より高活性との結論が得られており，前者とほぼ同じ結晶構造・格子定数をもつ酸化ハフニウムにも相応の活性が期待できる．NO解離遷移状態を求めたところ，酸化ジルコニウム担体のときに比べて同じか0.2 eVほどエネルギーが低下しており，同等以上のNO還元活性が見込まれる．
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