2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the dispersion mechanism of bulk nano metals and its application to the design of single-atom catalysts.
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22KF0003
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
清水 研一 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60324000)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHANG NINGQIANG 北海道大学, 触媒科学研究所, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | 不均一系触媒 / 反応機構 / in situ/operando分光 / 排ガス浄化 / 単原子触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
担持金属の凝集・分散化現象は、単原子触媒の簡便合成法になりうるが、幅広い時間・空間スケールでの動的現象を記述する必要があり、その機構は未だ解明されていない。本年度は、バルク・ナノ金属の高分散化現象のメカニズム解明に向けた分光・理論研究に加えて、単原子触媒の合理的設計の研究に取り組んだ。
より具体的には、in situ/operando分光法を駆使することで、高分散化現象の機構解明を行うとともに、本現象に適した条件を解明した。その際、分光法におけるシグナル/ノイズ(S/N)比を劇的に向上させ、物理・化学現象の動的過程に関与する種を選択的に解析することのできるModulation Excitation (ME)法も用いた。
また、理論計算手法も用いた。現代の計算化学で一般的に用いられる手法は、温度や圧力等の条件を考慮しないため、物質のダイナミクスが重要となる触媒分野では反応条件を加味した計算が必須となる。これらを考慮した手法を採用することで、実条件に即した理論計算からの知見を得た。
触媒反応としては、低級アルカン変換反応、CO2水素化反応、DeNOx反応等の、小分子がかかわる高難度反応を行った。触媒性能・機能(基質活性化能)と構造(幾何・電子構造)の相関関係を明確化することができ、触媒設計指針を確立した。これら知見を用いて、今後、さらなる改良触媒の設計および開発へとつなげる予定としている。
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