2014 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギーフィルタ環境TEM による触媒表面ガス吸着／反応可視化
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25630280
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
武藤 俊介 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 教授 (20209985)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 触媒 / 化学反応可視化 / 電子顕微鏡 / 電子分光 / 統計処理 / 自動車排気ガス浄化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は名古屋大学の反応科学超高圧走査透過型電子顕微鏡（RS-HVSTEM）を用いて金属触媒表面のガス反応（吸着，解離など）のナノメートルレベルでのその場可視化を試みることであった．まずRS-HVSTEMにおいて二酸化炭素ガス雰囲気下電子エネルギー損失分光（EELS）を用いたエネルギーフィルター像を取得し，更にこのデータに多変量スペクトル分解法を適用して，20Pa以上のガス圧で実際にガス分子をコントラストとして結蔵できることを確認した．この圧力下で結像に寄与している投影分子数は，固体ナノ微粒子表面に吸着するガス分子数に対応するため，実際に触媒反応下でのガス分子吸着が可視化できることを確認した．
次にテストサンプルとしてNOガスの還元触媒（自動車排気ガス浄化用）Au-Ni/SiO2系について，200-600℃に加熱し，微粒子及び微粒子／担持セラミックス界面の構造変化及び電子状態変化を追尾し，合金粒子は平衡状態図に従ってその組成が変化することに伴い，低温ではNiリッチ相が酸化され，高温では再びNiが金属化するという可逆反応を確認した．このことにより，NiによるNO還元反応によるNiの酸素被毒が，高温で金からの電子供給によって抑制されていることがわかった．このことは第一原理計算によるモデル系のシミュレーションによって確認された．更に本研究で開発した上記ガス分子可視化法を適用し，高温でのガス分子吸着の可視化に成功した．まだ初期段階であるが，触媒反応下でのガス分子の高分解能可視化に成功した数少ない事例である．
今後観察事例を更に蓄積し，立体的な微粒子／担持セラミックス配置の様々な方向からの観察によって，各温度における吸着分子の種類，吸着サイト，反応活性サイトを同定するところまで進むための基盤が確立したと思われる．
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