2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19H02452
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
小嶋 隆幸 信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (10732183)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀岡 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60312823)
藤井 伸平 鹿児島大学, 理工学域理学系, 教授 (90189994)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ホイスラー合金 / 金属間化合物触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、金属間化合物のユニークな触媒機能が注目されており、我々は三元系のホイスラー合金において、Co2(Mn or Ge)がアルキン選択水素化特性に優れることを見出し、第四元素置換による触媒機能制御を実現した。しかし、高い選択性の起源と元素置換効果のメカニズムについては不明な点が多い。本研究では、粉末試料だけでなく薄膜試料なども用い、他の反応系もモデル反応に用いて多角的な視点から研究しメカニズム解明を目指す。
昨年度に引き続きCo2FeGeをボールミルにより微粉化する影響を調べた。粉砕後に熱処理するとバルクの構造は完全に回復し、粉砕エネルギーが低いとアルケン選択性が維持されたが、粉砕エネルギーが高いと選択性が低下した。COの昇温脱離試験の結果も合わせて考察すると、表面に選択性が低い(乱れた)活性サイトが存在していると推測された。
また、共同研究者が合成したSiO2担持Co2FeGeナノ粒子の特性を評価したところ、合成条件が最適でない場合、ボールミル粉砕試料と同様の低選択サイトの存在が示唆された。最適な条件で合成すると高い選択性が得られ、少なくとも平均粒径23 nm程度まではバルクと同様の反応メカニズムであると考えられた。つまり、ホイスラー合金のアルキン選択水素化特性は試料の形態に依存しない普遍的なものであると考えられる。
粉末試料では、Co2FeGaはCo2FeGeより活性が高いが選択性は全く無いという結果だったが、エピタキシャル薄膜試料について評価したところ、同様にCo2FeGaの方が高活性だがCo2FeGeと同様に高選択性という結果が得られた。また、どちらの合金でも(110)配向の方が(100)配向よりも活性が高かった。一般論からは最密面の(110)面の方が活性が低いと予想されるが逆の結果となった。これらの興味深い結果を詳細に調べれば真のメカニズムに迫れると期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ナノ粒子においてバルクと同様の特性が得られ、メカニズムが試料形態に依存せず普遍的なものであることが明らかになったことは大きな進歩である。評価したい特性や評価手法によって最適な試料形態を選択してメカニズム解明のための知見を得ることができる。即ち、面方位の異なるエピタキシャル単結晶薄膜を用いた精密な実験により得た知見は、実用的な粉末やナノ粒子触媒に問題無く活かせるということであり、ホイスラー合金のアルキン選択水素化メカニズムを詳細に解明できそうだと期待できる。薄膜の実験では予想と全く異なる結果が得られており、薄膜を用いなければ真のメカニズムには迫れなかっただろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
エピタキシャル単結晶薄膜を用いた研究についてさらに詳細な研究を進める。現状の研究環境においては、反応ガスを常に流通させる方式で薄膜試料の触媒特性を正確に評価することは難しく、また、閉鎖系を用いた評価では継手から空気が微量に混入するという問題が生じている。そこで、空気の混入無しに薄膜試料の触媒特性を正確に評価するため、現在、グローブボックス内への閉鎖型触媒評価系の構築を進めている。この系で薄膜試料について詳細な触媒特性評価を行い、様々な表面分析、理論計算なども実施することにより、ホイスラー合金のアルキン選択水素化メカニズムを解明する。
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