2012 Fiscal Year Annual Research Report
金属間化合物の触媒作用の解明およびナノ粒子化による新規な高機能触媒の創成
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23360353
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小松 隆之 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40186797)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 触媒 / 金属間化合物 / ナノ粒子 / 合金 / 白金 / ロジウム / アルミナ |
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| Research Abstract |
非担持Ni系金属間化合物を調製し、水素分子活性化触媒能とNiの電子状態との関連を調べた。水素分子活性化触媒能の指標として、各金属間化合物を触媒に用いたH2-D2交換反応における初期反応速度を求めた。また、XPSスペクトルから価電子帯のdバンド中心を求め、これをNiの電子状態の指標とした。その結果、dバンド中心と初期反応速度が相関をもつことが明らかとなり、金属間化合物の水素分子活性化触媒能が主に金属間化合物の電子状態に支配されることが分かった。
担持金属間化合物微粒子の調製に関しては、アルミナ担体上でのPt系金属間化合物微粒子の調製を試みた。Ptと組み合わせた元素はCo、CuおよびSnである。それぞれの前駆体としてPt前駆体との還元電位の差が少ないものを用いること、および還元剤として強い還元力をもつものを用いることにより、アルミナ上でPt3Co、PtCuおよびPt3Snのナノオーダーの微粒子を単一相として得ることに成功した。
担持金属間化合物微粒子の触媒作用の解明としては、Rh系金属間化合物の異性化反応に対する触媒特性について調べた。RhSb/SiO2はcis-スチルベンの異性化に対し、Rh/SiO2より高い活性・選択性を示した。幾何学的因子および電子的因子と触媒特性との関連を検討した結果、金属間化合物RhSbの(111)面がもつ特異な一次元的原子配列が高い活性・選択性発現の原因であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
金属間化合物の触媒特性と電子状態との関連を明らかにするという目的に対しては、①非担持Ni系金属間化合物および②シリカ担持Rh系金属間化合物微粒子という、全く異なる触媒について検討を加えた。その結果、①においては電子的因子が、②においては幾何学的因子が主に触媒特性を支配していることが明らかとなった。このような合金系における触媒特性支配因子の特定は、原子配列がランダムな通常の固溶体合金では困難である。しかし、規則的配列をもつ金属間化合物を用いたことにより、本研究では反応物分子と金属表面との相互作用に基づく上記因子の特定を達成することができた。
また、担持金属間化合物微粒子の調製に関しては、金属との相互作用が比較的強いアルミナ担体上で単一相微粒子を形成することに成功した。この知見に基づいて設計指針を得ることにより、今後あらゆる担体上で金属間化合物微粒子が形成できる可能性が高まった。また、今年度調製に成功したPt3CoおよびPtCuが、水素中微量COの選択酸化(PROX)に対しPtより高い活性をもつことをすでに見出している。したがって、アルミナ担体上でこれらの微粒子が得られたことから、さらに高活性な触媒の創製が期待される。
上記の成果はいずれも当初の予定を上回るものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の事項について検討する予定である。
１．今年度調製に成功したPt3Co/Al2O3を用いて、水素中微量COの選択酸化(PROX)反応を行い、アルミナ担体の効果を明らかにする。さらにTiO2、CeO2、MgOなどの担体上でPt3Co微粒子の形成を行い、これらの触媒を用いた結果を総合してPROX反応に対する最適触媒を得る。
２．Pt系およびPd系金属間化合物担持触媒を用いて、脱水素あるいは酸化脱水素に対する金属間化合物微粒子の触媒特性を明らかにする。反応としては、ブタンの酸化脱水素によるブタジエンの合成、ベンジルアミンの酸化脱水素によるジベンジルイミンの合成などを行う。
３．水素ガスを用いない接触水素移動反応(CTH）に対する、金属間化合物の触媒作用を明らかにする。具体的にはハロゲン置換ニトロベンゼンをメチルシクロヘキセンあるいはメタノールで水素化し、ハロゲン置換アニリンを得る反応に対し、Pd系、Pt系などの金属間化合物微粒子触媒を適用する。
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