2014 Fiscal Year Annual Research Report
レーザー照射活性場を援用した回転CVDによるナノ構造制御触媒材料の開発
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25289223
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
後藤 孝 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60125549)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 暁彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (20451635)
且井 宏和 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70610202)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 回転CVD / 特異ナノ構造 / 触媒担持 / レーザーCVD / ニッケル / 銅 / アルミナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はレーザー反応活性場における回転式化学気相析出（CVD）により触媒粒子と担体の双方のナノ組織を制御し、高活性触媒機構を創製することを目的とする。平成25年度までは、回転CVDによりNiナノ粒子を種々の担体材料へ高分散に担持するプロセスの開発に主眼を置き、各種CVD条件がNi粒子の析出挙動や組織・構造に及ぼす影響を明らかにしてきた。平成26年度は、Ni触媒粒子の微細・高分散化することに加えて、Cu触媒粒子の担持、および担体表面の特異ナノ構造化に課題を広げた。レーザー照射下や高温でのCVDにより、合成温度や前駆体や反応ガスの選定および供給条件などのCVD条件がNiやCu触媒粒子やシリカ、SiC、TiO2、ZrO2やアルミナなどの担体の構成相や微細組織に及ぼす影響を調べた。
回転CVD条件を最適化することにより、、数100 nm から数10 μm の多様な粒径のAl2O3 や正方晶BN(hBN)粒子上に10 nm 以下のNi ナノ粒子を高分散合成することに成功した。また、Cu触媒粒子をγ-Al2O3担体粉末表面に合成した。このとき、CuはCuOとしてγ-Al2O3担体粉末上に析出し、H2還元雰囲気で熱処理することにより、10-30 nmのCuナノ粒子を合成できた。
また、Nd:YAG レーザー(λ=1064 nm) を用い、羽毛状組織のアルミナおよびTiO2、樹枝状組織のシリカや多孔質構造のZrO2の気相成長に成功した。
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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
平成26年度までに、回転CVDにより触媒ナノ粒子を各種セラミックス担体粉末上に担持し、凝集することなく、高分散化することを実証してきた。特に、サブミクロン-ナノレベルの構造体上にもナノ粒子を担持できることを示し、高い触媒性能のナノ粒子-ナノ構造担体システムを構築する指針を得た。また、担体材料の表面組織は、レーザーCVDを用いることで、特異なナノ組織を発現することを見出してきた。このように、触媒粒子および担体材料の双方のナノ構造をCVDプロセスで発現した点は、当初の計画通りであり、最終年度にこれらの知見を統合することで高活性触媒機構を創製できるものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる平成27年度は、回転およびレーザー照射場でのCVDにより発現する触媒粒子および担体材料の双方のナノ構造を利用した、高活性な触媒機構を創出する。レーザーCVDによりナノ組織を形成したシリカ、SiC、TiO2、ZrO2やアルミナの各種担体上に、回転CVDによるNi,CuやRhナノ粒子を高分散に合成する。各種CVD合成条件が担体の表面組織や触媒ナノ粒子の構造・分散状態に及ぼす影響を調べ、これらと触媒性能との関係を明らかにすることで、触媒ナノ粒子-担体ナノ組織の高活性システムを創製する。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗は当初の予定通りであるが、装置やCVD原料に関わる経費が計画よりも抑えられたことにある。真空排気系や配管部品の交換時期は不定期であり、特に、細目にオイル交換を行うことで、真空ポンプの交換を回避した点が主な理由である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
真空排気ポンプ（油回転ポンプ）および配管・バルブ部品の交換に計上する。
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