2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of aggregation suppression technology by super-strengthening of platinum nanostructure and development to energy saving society
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19H02489
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
加藤 知香 静岡大学, 理学部, 准教授 (00360214)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ポリオキソメタレート / 白金 / 凝集抑制 / 触媒 / 省エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
白金ナノ粒子の凝集抑制技術は，白金が実装された装置やモジュールのコンパクト化・省エネルギー化・省資源化を可能にする重要な技術であるが，担体表面への担持技術の改良だけでは，凝集抑制効果は十分とは言えない。
本研究では，高温度域での加熱処理下でもポリオキソタングステート部位が消失(気化)しない点に着目し，タングステート部位の「分子壁効果」を利用した白金ナノ粒子の凝集抑制技術を確立する。さらに，担体への固定化技術を開発することで，極限環境での利用にも耐え得る超強度化・高機能化白金固体材料を創製する。
本年度は，リンおよびケイ素中心を有するケギン型二核白金種配位ポリオキソタングステートを300℃程度の低温度域と800℃程度の高温度域で焼成処理することにより得られた焼成体の構造および電子状態について，粉末Ｘ線回折分析，固体核磁気共鳴分析，走査型・透過型電子顕微鏡観察，元素分析，フーリエ変換赤外分光分析，紫外可視分光分析，X線光電子分光分析等を用いて検討した。
その結果，低温度域の焼成処理では，リンおよびケイ素中心のどちらの白金化合物でも欠損型タングステート部位が無置換型ケギン型構造へと構造変化することが分かった。白金部位の酸化数は2価を保持しており，焼成処理によりアンモニア分子が脱離した後も平面４配位構造を保持していることが分かった。一方，高温度焼成処理では，リン中心白金化合物のタングステート部位がケギン型構造を保持していたのに対し，ケイ素中心ではセシウムタングステートへと構造変化していることが分かった。また，いずれの場合も白金(0)ナノ粒子が形成していたが，リン中心では粒径が数nmオーダーを維持していたのに対し，ケイ素中心では数十nmオーダーにまで凝集が進行していることが分かった。
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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
本年度は，リンおよびケイ素中心ケギン型二核白金種配位ポリオキソメタレートを高温焼成処理した場合，白金ナノ粒子の生成過程やポリオキソタングステート部位の構造変化に伴う凝集抑制効果が，無機配位子として用いるポリオキソメタレートの中心元素の種類に左右されることを明らかにしてきた。特にリン中心ケギン型二核白金種配位ポリオキソタングステートを焼成処理した場合に白金ナノ粒子の凝集抑制効果が著しく，900℃以上の焼成処理によっても数nmオーダーの粒径を維持していることを確認している。
中心元素の種類以外にも，白金ナノ粒子の凝集抑制効果は「ポリオキソメタレートの基本骨格構造」，「カウンターカチオンの種類」，「欠損部位の構造」，「出発錯体として用いる白金種の種類」などによっても影響を受けることが最近の研究で明らかになってきており，現在，最も凝集抑制効果を発揮する白金化合物の選定作業が進んでいる。
幾つかの単核・多核白金種配位ポリオキソタングステートの合成にも成功しており，元素分析，熱分析，核磁気共鳴分析，フーリエ変換赤外分光分析，紫外可視分光分析等のキャラクタリゼーションに関するデータ取得も完了していることから，本年度の研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，「ポリオキソタングステートの基本骨格構造」，「リンおよびケイ素以外の中心元素の種類」，「カウンターカチオンの種類」，「欠損部位の種類」，「出発錯体として用いる白金種の種類」のファクターが白金ナノ粒子の凝集抑制に与える影響について明らかにし，最も凝集抑制効果を発揮すると考えられる白金化合物を決定する。
上記で凝集抑制に有効と判断された白金化合物について，幾つかの厳しい条件下での焼成処理による白金ナノ粒子への形成を誘導し，各種分析機器を用いて白金粒子とタングステート部位の構造，電子状態，粒径，均質性に関する知見を得る。
さらに，得られた白金ナノ粒子-タングステート構造体を光触媒や酸化触媒等へと応用することで，タングステート部位に囲まれた白金ナノ粒子の触媒機能を明らかにする。反応後の固体についても各種分析を行うことで，電子状態，粒径，ナノ構造の変化が触媒機能に与える影響についても検討する。
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[Book] Green Science and Technology2019
Author(s)
Enoch Y. Park, Takayuki Saito, Hirokazu Kawagishi, Masakazu Hara, Hiroyuki Futamata, Hirofumi Hirai, Idzumi Okajima, Koji Miyake, Nobuyuki Mase, Rumi Sohrin, Rei Narikawa, Toshiyuki Ohnishi, Yasushi Todoroki, Mitsuru Kondo, Chika Nozaki Kato, Tetsuo Narumi, Masamichi Yamanaka, Tatsuya Kato, Takatsugu Miyazaki, Jia Jin
Total Pages
350
Publisher
CRC PRESS
ISBN
0367415135
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