2022 Fiscal Year Annual Research Report
From Cluster Complexes to Catalysts
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20K05249
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
市橋 正彦 豊田工業大学, 工学部, 客員教授 (90282722)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | クラスター複合体 / 金属クラスター / ヘリウムクラスター / アンモニア / 窒素固定 / 脱水素反応 / クラスター・クラスター衝突 / 金属酸化物クラスター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は主に (1)コバルト(Co)クラスター複合体、(2)ルテニウム(Ru)クラスター複合体、(3)ロジウム(Rh)クラスター複合体の研究に取り組んだ。
(1)ではこれまでの一連の実験手法の改良により信頼性の高い光解離スペクトルが測定できるようになった。
一方(2)ではRu/CeO2触媒によるアンモニア合成速度を測定し、Ru微粒子の粒径減少とともに反応性が高まることを観測した。さらに粒径の小さいクラスター領域での測定を目標に、まずは理論的にRuクラスターの反応性を調べた。その結果、クラスターサイズおよび荷電状態によって反応性が大きく変化することを見出した。
また(3)では、一酸化窒素NOの分解反応において、Rhクラスターのみを用いた場合には活性化エネルギー障壁は1 eVと比較的高い値を示すことが量子化学計算から示された。しかしながら、これを酸化ジルコニウム(ZrO2)クラスターと接合して、複合体とすることによってエネルギー障壁が0.5 eVへと大きく低下することが判明した。実際にゼオライトに担持したRh-ZrO2クラスター複合体触媒を合成し、反応性を測定すると、NO還元反応の開始温度が、ロジウムクラスターのみの場合と比較して80 ℃程度低下することが確認された。
研究全般を通じて、クラスター複合体の生成法の確立と生成機構の解明において成果を上げることができた。また、反応性に関しても実験と計算の両面から研究を進めることによって、その実像に迫ることができたと考えている。今後は気相中でクラスター複合体の反応性に関する研究を構成分子数の観点を交えて詳細に進めていきたい。
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