Operando measurements on heterogeneous catalysts for energy conversion using synchrotron radiation

Research Project

Project/Area Number	19KK0126
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	高鍋和広東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20519730)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉田真明山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授(テニュアトラック) (00582206) 品川竜也東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90850222)
Project Period (FY)	2019-10-07 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000) Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	シンクロトロン放射光 / オペランド測定 / X線吸収分光 / 固体触媒 / オペランド解析
Outline of Research at the Start	本研究計画は反応中動的に変化する触媒表面の状態や反応メカニズムを理解することを目的として、反応雰囲気中でのオペランド測定を可能にするシンクロトロン放射光を用いた実験に関するものである。取り扱う触媒反応は、主にエネルギー問題解決に直結する人工光合成に係る反応を選択し、その反応中触媒状態を直接測定する。日本側は触媒反応・分光学解析に精通した研究者で構成し、当該測定を海外共同研究者が所属するアメリカ合衆国の放射光施設SLACにて協力して行う。これにより本国際共同研究関係をより強固なものとし、かつ触媒化学の理解とそれに基づいた高活性・高選択性・高寿命を示す新規触媒材料の創製を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、スタンフォードSLACのチームとの共同研究を通して、昨年度まで行ってきた高温熱触媒反応と室温電極触媒反応のその場測定装置に関して、実験データを解析し、論文化を推進した。手法の確立がほぼ完了し、実験データが再現よく出来るようになってきた一方、解析にはデータフィッティングと、さらには密度汎関数を取り入れた構造解析との組み合わせが有効であり、それらの研究を進めた。2報の論文化を完成し、投稿までこぎつけた。熱触媒の触媒も電極触媒の反応も、今までの反応機構に依らないユニークな結果が得られており、丁寧な解析による論文化が必須である。また来年度に向けて、確立された手法で検討する触媒の種類を検討を続けており、候補を絞るところまで出来ており、来年度はこれらの測定をどのように行っていくかを検討していく。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度はNear Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy (NAP-XPS)の装置、および電極触媒としてX-ray Absorption Spectroscopy (XAS)の測定装置を確立させ、それらを用いた実験データの解析にあてた。昨年度末に博士課程の学生一人を2か月強スタンフォードに送り、現場の研究員らと協力して研究を推進し、本年度は特にデータフィッティングと解析、および得られたデータを用いた論文化を進めた。ハイインパクトなジャーナル投稿を目指し、時間を要しているが、プロジェクトとしては大変順調である。
Strategy for Future Research Activity	来年度は、投稿中また投稿予定の論文化を進める一方活性測定の結果から、さらなる触媒改良を進めており、またスタンフォードのシンクロトロン放射光施設を利用した高度キャラクタリゼーションの計画と実施を試みる。シンクロトロン施設の研究実施状況が感染症の影響を強く受け、先が読めないが、できるところから両機関で連携を密にして研究を邁進したい。