電子構造の研究によるセリアナノ構造体の活性特性のメカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 15K04600
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 生天目 博文 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (10218050)
• 研究分担者: GALIF KUTLUK 広島大学, 放射光科学研究センター, 特任准教授 (00444711)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
• キーワード: 光電子分光 / ナノ粒子 / 触媒 / X線光電子分光 / 窒素酸化物 / CeO2 / Ceナノ粒子 / Rhナノ粒子 / Ce薄膜

研究成果の概要

排ガス触媒の高性能化を目指し、貴金属ナノ粒子、酸化物担持基板、排ガス分子の３者の関わる触媒反応を、軟X線域の放射光を用いた光電子分光実験を進めた。ナノ粒子への大気の暴露実験、NOやNOと酸素の混合気体の暴露実験を行い、ナノ粒子の表面および内部の状態や吸着窒素の状態について詳細に観測を行った。
その結果、Rhナノ粒子は表面から酸化が進む一方で、長時間の暴露では酸化物基板からの酸化も存在すること、窒素酸化物の表面吸着では、分子の乖離を確認するとともに、混合気体ではNO2となってわずかに吸着する様子を確認できた。結果を理解するために単純化したモデルに基づく第一原子計算で反応エネルギーを評価した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球環境保善の観点から自動車排ガス浄化が必須の課題であり、特にディーゼルエンジンでの窒素酸化物の浄化は急務である。本研究は、窒素酸化物の浄化向上の研究に、触媒化学反応の素過程に着目した電子構造解析を実験的に行うとともに、第一原理計算を用いた電子構造解析と比較し、実際の触媒反応を数値的に把握することで、触媒反応についての一層の理解を得ることに繋げた。
この結果、従来の触媒開発での触媒の施策、性能評価、解析、改善などの実際の物による評価から、放射光実験と計算機シミュレーションによる探索的研究を効率的に行い、実用材料の開発期間を大幅に短縮できる可能性を示すことができた。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization by Synchrotron-Radiation X-Ray Photoelectron Spectroscopy of NO Adsorption on Rh (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Koda,H. Sumida, S. Ogawa,C. Tsukada,H. Namatame
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 16 号: 0 ページ: 36-40
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2018.36
  • NAID: 130006417670
  • ISSN: 1348-0391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electron Number-Based Phase Diagram of Pr1－xLaCexCuO4－δ and Possible Absence of Disparity between Electron- and Hole-Doped Cuprate Phase Diagrams (2017)
  • 著者名/発表者名: Song Dongjoon, Garam Han, Wonshik Kyung, Jeongjin Seo, Soohyun Cho, Beom Seo Kim, 有田 将司, 島田 賢也, 生天目 博文, 谷口 雅樹, 吉田 良行, 永崎 洋, Seung Ryong Park, Changyoung Kim
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: 118 号: 13 ページ: 137001-137001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.137001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure of heavy fermion caged-compound Ce3Pd20X6 (X = Si, Ge) studied by photoelectron spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Yamaoka, Eike F. Schwier, Masashi Arita, Kenya Shimada, Naohito Tsujii, Ignace Jarrige, Jian Jiang, Hirokazu Hayashi, Hideaki Iwasawa, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, and Hideaki Kitazawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 11 ページ: 115139-115139
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.115139
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fermi surfaces and orbital polarization in superconducting CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sugimoto, D. Ootsuki, C. Morice, E. Artacho, S. S. Saxena, E. F. Schwier, M. Zheng, Y. Kojima, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Takahashi, N. L. Saini, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 92 号: 4 ページ: 041113-041113
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.041113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 放射光XPSと理論計算によるRhナノ粒子上でのNO吸着挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國府田 由紀、松本 祐樹、住田 弘祐、小川 智史、生天目 博文
  • 学会等名: 第54回 X線分析討論会
• [学会発表] Characterization by Synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopy of NO adsorption on Rh nanoparticles. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuki Koda, Hirosuke Sumida, Satoshi Ogawa and Hirofumi Namatame
  • 学会等名: The 22nd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
• [学会発表] Characterization by Synchrotron-Radiation X-Ray Photoelectron Spectroscopy of NO Adsorption on Rh (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Koda,H. Sumida, S. Ogawa,C. Tsukada,H. Namatame
  • 学会等名: 22th Hiroshima International Symposium on SynchrotronRadiation
  • 国際学会
• [学会発表] Oxidation behavior of Ce thin layer deposited on HOPG (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Koda, G. Kutluk, H. Sumida , S Yagi, H. Namatame, and Y. Yamada
  • 学会等名: ISETS15
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会