| 研究領域 | 表面水素工学：スピルオーバー水素の活用と量子トンネル効果の検証 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05098
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
森 浩亮 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90423087)
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| 研究分担者 |
吉田 秀人 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (00452425)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
36,400千円 (直接経費: 28,000千円、間接経費: 8,400千円)
2023年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
2022年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
2021年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円)
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| キーワード | 水素スピルオーバー / 表面水素工学 / 量子トンネル効果 / ハイエントロピー合金 / 特殊合金 / ハイエントロピー合金ナノ粒子 / スピルオーバー / 金属触媒 / 特殊合金ナノ粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
触媒分野では古くから知られる『水素スピルオーバー』現象の全容は未だ解明されておらず、またその利用は極めて限定的である。本申請課題では、高速に固体表面を移動する高密度かつ高活性なスピルオーバー水素を使いこなすための学理(表面水素工学)構築と、革新的応用分野の開拓をターゲットに、『制御因子の解明』、『特殊合金ナノ粒子合成への応用』を第一の目的とする。また、古典的熱力学に従わず、ポテンシャル障壁を透過して化学反応が進行する『量子トンネル効果』の寄与を実験的に検証することでその発現因子を突き止め、反応制御の可能性を実証することを第二の目的とする。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、スピルオーバー水素を使いこなすための学理(表面水素工学)構築と、革新的応用分野の開拓をターゲットに、『制御因子の解明』、『特殊合金ナノ粒子合成への応用』を第一の目的とした。
制御因子の解明では、酸化還元レドックス機構に基づきスピルオーバーが進行する金属酸化物を用いて検討したところ、TiO2、CeO2では表面のスピルオーバーが優先的に起こるのに対して、WO3では内部のスピルオーバーが優先的に起こることがわかった。また、酸化グラフェン(GO)において有利な水素スピルオーバー経路をH-D交換反応ならびに理論計算を用いて系統的に評価した。GOを空気焼成することで基底面にエーテル基を含む炭素欠陥が豊富に生成し，水素が容易に拡散可能になることがわかった。
特殊合金ナノ粒子合成への応用では、還元性担体であるCeO2上での水素スピルオーバーを利用することで還元電位の異なるCo2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Pd2+イオンを同時還元し、ハイエントロピー合金(HEA)ナノ粒子を合成した。CeO2担体の形態制御に基づく露出結晶面制御により水素スピルオーバー特性が変化し、還元性の高い(110)面を優先的に露出したロッド状CeO2上では1 nm以下のHEAサブナノクラスターが形成した。NO還元反応にてCeO2ロッド上のHEAサブナノクラスターは最も高い活性を示し、単金属Pdナノ粒子触媒よりも飛躍的に活性が向上した。さらにこのサブナノクラスターはNO/H2流通下で単金属Pdナノ粒子とは異なる特異な酸化還元応答性に伴う可逆的な構造変化を示すことを見出した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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