2021 Fiscal Year Annual Research Report
活性点立体構造と表面吸着種のオペランド複合計測による触媒反応機構の原子レベル解明
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21H01802
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
高草木 達 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (30359484)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | オペランド偏光全反射蛍光XAFS法 / オペランド偏光変調赤外反射分光法 / 複合表面計測 / 活性点三次元構造解析 / 表面吸着種解析 / 担持金属触媒 / 反応機構解明 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、申請者が開発したオペランド偏光全反射蛍光XAFS法に加え、オペランド偏光変調赤外反射分光法を新たに開発することで、超高真空から大気圧までの圧力領域で、触媒反応中の金属活性点の電子状態・立体構造、表面吸着種の計測を可能とする複合オペランド表面計測システムを確立することである。さらに本手法を、自動車排ガス浄化の基幹反応として重要な、酸化物担持Pt触媒上でのCO酸化反応に適用し、反応中のPt活性点の電子状態（XANES）と立体構造（EXAFS）、COの吸着状態（赤外分光）を評価し、反応機構と活性支配因子を解明する。特に、異なる酸化物担体を用いた場合に活性が劇的に変化する、いわゆる担体効果の解明に焦点を当てる。
本年度は当初の計画通り、以下の項目を実施した。
・本研究課題の主要装置となる偏光変調赤外反射分光計測システム（特注）とオペランド測定用セル（小型真空槽）の設計・製作と納入を行った。また、テストサンプル（金属基板上の有機薄膜試料を）を用いて、スペクトル計測に成功した。
・Pt/Al2O3(0001)触媒におけるCO酸化反応の活性と活性点構造について検討した。反応速度は温度の上昇とともに増加するが、特定の反応温度を境に活性化エネルギーが変化することを見出した（高温領域で活性化エネルギーが低下）。オペランド偏光全反射蛍光XAFS測定から、高温域では表面酸化物の形成が示唆された。
・Pt触媒によるCO酸化反応の担体効果解明に用いるCeO2担体（Cu(111)表面上に形成したCeO2(111)単結晶薄膜）に関して、調製条件の検討を開始した。
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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
初年度である今年度は、本研究の最も重要な計測法の一つであるオペランド偏光変調赤外反射分光法の開発に注力した。当初の予定通り、セル（小型真空槽）の新規設計・製作と装置の納入及び立ち上げを行い、テストサンプルである金属基板上有機薄膜の赤外分光スペクトルの取得にも成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方策として以下を進めていく。
・偏光変調赤外反射分光計測システムの最適化
・Pt/Al2O3(0001)触媒におけるCO酸化反応において見出された、高温域でのPt表面酸化物形成による活性増大機構の解明
・担体効果解明に用いるCeO2担体（Cu(111)表面上に形成したCeO2(111)単結晶薄膜）の調製条件最適化
・CO吸着がPt触媒によるCO酸化活性に与える影響の解明
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