2021 Fiscal Year Annual Research Report
Active controlling of electronic state of supported catalysts for enhanced catalysis using thermally excited electron
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20K15084
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
品川 竜也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90850222)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 触媒反応 / 熱励起 / 電気化学 / 電極触媒 / 物理化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
不均一系熱触媒反応では、担体上へ金属微粒子などを担持した形態（担持触媒）が多くの場合に採用され、反応分子が触媒表面に吸着して熱エネルギーにより活性化されることで反応が進行する。これに対し本研究では、（１）担体中の電子を熱エネルギーにより励起し、それによって（２）担持金属表面での酸化還元反応を駆動することを狙う。モデル反応として高難度反応であるメタンの選択酸化反応などを取り上げ、関連する要素プロセスの検討を行った。本研究が狙う反応スキームに沿い、研究項目を2分した。すなわち、１）必要となる担体物性やその応用に関する検討、（２）電気化学的測定による酸化還元反応解析を行った。項目（１）については、調査結果を総説としてまとめ、報告した。後者（２）については、機器・実験装置の立ち上げを完了させ、遷移金属酸化物電極触媒の調製と、その電気化学的特性・触媒反応活性を評価した。結果として、早期遷移金属を電極として用いた場合には、微量に存在する水によって不働態相が表面に形成され、電極触媒反応を阻害することが示唆された。また、特にC-H結合解離に活性を示すとされる酸化イリジウム等を電極触媒として用いた場合であっても、競合する水の酸化による酸素生成反応が優先的に進行することが明らかとなった。コンセプトの実証には至らなかったが、これらの結果は、本モデル反応を対象とした本スキームの実現において、低温条件においてより高い活性・選択性を有する触媒反応場の創製が一つの鍵となることを示唆するものである。
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