2022 Fiscal Year Annual Research Report
Catalytic degradation mechanism of noble metal nanoparticles on metal oxides
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20K21073
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石川 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20734156)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 貴金属ナノ粒子 / 金属間化合物 / 原子分解能電子顕微鏡法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，TiO2(110)基板に担持した貴金属ナノ触媒の高温雰囲気化での劣化機構を明らかにするため，原子分解能電子顕微鏡法を用い，詳細に解析を行った．特に，制御された雰囲気下での実験を実施するために，大気に晒すことなく，電子顕微鏡中での真空加熱による劣化を時系列に沿って観察を行った． 温度の上昇に伴いPtナノ粒子は凝集するが，TiO2(110)基板との結晶方位関係は400℃前後で明らかな変化を示した．500 ℃以下ではPtナノ粒子の結晶性は低く，明瞭な方位関係は見られなかった．これは，電子回折パターンにおいてもハローリングが出現していることと対応する．一方，400℃付近ではPtナノ粒子の結晶性が改善し，500℃では，TiO2(110)基板と整合性の高いナノ界面を形成していることが直接観察から明らかになった．しかし，それ以上の温度域では，Pt粒子が粗大化し，TiO2基板との整合性は低くなり，様々な方位関係が観察された．断面方向からの観察により，高温下では単純な粗大化だけではなく，Pt-Tiの金属間化合物ナノ粒子の形成が明らかとなった．これに伴い，Ptナノ粒子はTiO2基板に侵入し，３相界面部分が消失することにより，触媒活性が急激に低下することが明らかとなった．また，電子エネルギー損失分光により，ナノ界面近傍ではTiが3価に還元され，ナノ粒子側は2価に酸化している状態が実現した．したがって，ショットキー接合からオーミック接合へと変化することにより，電子の授受が困難となったことも触媒活性の低減につながることが明らかとなった．
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