Ambient-Pressure synchrotron X-ray study to reveal atomic-scale mechanism of CO oxidation and three-way catalytic reaction of Ru based solid-solution nanoparticles

• 研究課題/領域番号: 20K15083
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター (2021-2022); 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2020)
• 研究代表者: 徐 玉均 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用・産学連携推進室, テニュアトラック研究員 (30814206)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: AP-XPS / in-situ XAFS / metal nanoparticles / CO oxidation / H2 absorption / three-way catalysts / H absorption / EXAFS / XAFS / Ambient pressure XPS / Catalytic reaction / Synchrotron X-ray

研究開始時の研究の概要

For the past several decades, studies of surface science were performed on the surfaces of single crystal under UHV condition, while the real catalysts are used at high pressure condition and more complicated system that consist of metal NPs and oxide support. Advances in synchrotron X-ray have reduced the pressure gap between the ideal and realistic system. The surface reaction of metal NPs on support oxide can be observed using the X-ray tool under ambient pressure. It means that the potential candidate of Ru bimetallic NPs for MTWCR and CO oxidation was confirmed at the laboratory level.

研究成果の概要

自動車から排出されるガスの浄化は、三元触媒と呼ばれるRh、Pd、Pt を組み合わせることで実現された。高価な Rh を安価な金属でPdRuIr NP を合成することにより、熱安定性を研究した結果です。Ruは高い酸化還元性を示すが、高温になると酸化しながら蒸発する特性を持っている。RuはPdやIrと強く結合して蒸発を抑制していることが証明された。Pd および PdPtを測定した結果、Pdが水素吸着に重要な役割を果たしていることが判明した。Pdと同様の電子構造を得るために、Pdの左右にAgとRhを混合したAgRh固溶体を合成した。水素を吸着しないことが知られている金属に水素が吸着した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Metal NPs are promising materials for hydrogen adsorption and three-way catalysts. Despite its excellent properties, research on the mechanisms occurring within it is still lacking. This is meaningful in understanding the behavior of metal NPs in an operating by utilizing in-situ X-ray techniques.

研究成果

• [雑誌論文] Control of atomic ordering of LiNiO2 thin films on a sapphire substrate from rock-salt to layered structure using uniaxial compression (2023)
  • 著者名/発表者名: Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Tang Jiayi、Kumara L.S.R.、Kimoto Koji、Miki Kazushi、Matsuda Akifumi、Yoshimoto Mamoru、Sakata Osami
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 945 ページ: 169177-169177
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.169177
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Iodide Transport on Methyl Ammonium Lead Iodide Perovskite Solar Cell Structure Through Operando Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Gueye Ibrahima、Shirai Yasuhiro、Nagata Takahiro、Tsuchiya Takashi、Khadka Dhruba B.、Yanagida Masatoshi、Seo Okkyun、Miyano Kenjiro、Sakata Osami
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 35 号: 5 ページ: 1948-1960
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c03162
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Suppression of Charging Effect of Insulating Materials in Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Yasuno Satoshi、Seo Okkyun、Kumara L. S. R.
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 20 号: 3 ページ: 180-185
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2022-025
  • ISSN: 1348-0391
  • 年月日: 2022-06-09
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen absorption and diffusion behaviors in cube-shaped palladium nanoparticles revealed by ambient-pressure X-ray photoelectron spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Tang Jiayi、Seo Okkyun、Rocabado David S. Rivera、Koitaya Takanori、Yamamoto Susumu、Nanba Yusuke、Song Chulho、Kim Jaemyung、Yoshigoe Akitaka、Koyama Michihisa、Dekura Shun、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi、Sakata Osami、Matsuda Iwao、Yoshinobu Jun
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 587 ページ: 152797-152797
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.152797
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compositional dependence of structures and hydrogen evolution reaction activity of platinum-group-metal quinary RuRhPdIrPt alloy nanoparticles (2022)
  • 著者名/発表者名: Maruta Yuto、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Seo Okkyun、Yasuno Satoshi、Kawaguchi Shogo、Sakata Osami、Kubota Yoshiki、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 号: 44 ページ: 6421-6424
  • DOI: 10.1039/d2cc01866g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near-UV light emitting diode with on-chip photocatalysts for purification applications (2022)
  • 著者名/発表者名: Leem Young-Chul、Myoung NoSoung、Hong Sang-Hyun、Jeong Sehee、Seo Okkyun、Park Seong-Ju、Yim Sang-Youp、Kim Joon Heon
  • 雑誌名: Nanoscale Advances 巻: 4 号: 17 ページ: 3585-3591
  • DOI: 10.1039/d2na00305h
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Polar-axis-oriented epitaxial tetragonal (Bi,K)TiO₃ films with large remanent polarization deposited below Curie temperature by a hydrothermal method (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito Yoshiharu、Tateyama Akinori、Kubota Rurika、Shiraishi Takahisa、Shimizu Takao、Kim Jaemyung、Seo Okkyun、Sakata Osami、Kurosawa Minoru、Funakubo Hiroshi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 120 号: 2 ページ: 022903-022903
  • DOI: 10.1063/5.0075014
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic states of gallium oxide epitaxial thin films and related atomic arrangement (2022)
  • 著者名/発表者名: Chen Yanna、Sakata Osami、Morita Hiroyuki、Matsuda Akifumi、Jia Fanhao、Seo Okkyun、Kumara Loku Singgappulige Rosantha、Ina Toshiaki、Kobayashi Eiichi、Kim Jaemyung、Song Chulho、Hiroi Satoshi、Palina Natalia、Lou Yanfang、Ren Wei、Yoshimoto Mamoru
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 578 ページ: 151943-151943
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.151943
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Noble-Metal High-Entropy-Alloy Nanoparticles: Atomic-Level Insight into the Electronic Structure (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Dongshuang、Kusada Kohei、Nanba Yusuke、Koyama Michihisa、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Seo Okkyun、Gueye Ibrahima、Kim Jaemyung、Rosantha Kumara Loku Singgapulige、Sakata Osami、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 144 号: 8 ページ: 3365-3369
  • DOI: 10.1021/jacs.1c13616
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Behavior of the monoclinic order in VO2 thin films grown on sapphire near the metal-insulator transition (2022)
  • 著者名/発表者名: Soo Ha Sung、Choi Sukjune、Jun Oh Ho、Choi Yesul、Kwon Ouyoung、Jo Yong-Ryun、Hwa Cho In、Kim Jaemyung、Seo Okkyun、Kim Jin-Woo、Kim Bong-Joong、Park Sungkyun、Chol Kang Hyon、Young Noh Do
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 595 ページ: 153547-153547
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.153547
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of microstructure and hydrogen absorption properties of bulk immiscible AgRh alloy nanoparticles (2021)
  • 著者名/発表者名: Tayal Akhil、Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Kusada Kohei、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi、Sakata Osami
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 869 ページ: 159268-159268
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159268
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanism of Hydrogen Storage and Structural Transformation in Bimetallic Pd?Pt Nanoparticles (2021)
  • 著者名/発表者名: Tayal Akhil、Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Kobayashi Hirokazu、Yamamoto Tomokazu、Matsumura Syo、Kitagawa Hiroshi、Sakata Osami
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 13 号: 20 ページ: 23502-23512
  • DOI: 10.1021/acsami.0c22432
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Local Structure and Enhanced Thermal Stability of Ir-Doped PdRu Nanoparticles for Three-Way Catalytic Applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Tayal Akhil、Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Kusada Kohei、Kitagawa Hiroshi、Sakata Osami
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 125 号: 37 ページ: 20583-20591
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c05929
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Total x-ray scattering setup for crystalline particles at SPring-8 BL15XU NIMS beamline (2021)
  • 著者名/発表者名: Seo Okkyun、Kumara L. S. R.、Kim Jaemyung、Hiroi Satoshi、Kusada Kohei、Kitagawa Hiroshi、Sakata Osami
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 号: 11 ページ: 113905-113905
  • DOI: 10.1063/5.0067938
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient overall water splitting in acid with anisotropic metal nanosheets (2021)
  • 著者名/発表者名: Wu Dongshuang、Kusada Kohei、Yoshioka Satoru、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Chen Yanna、Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Song Chulho、Hiroi Satoshi、Sakata Osami、Ina Toshiaki、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1145-1145
  • DOI: 10.1038/s41467-021-20956-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Non-oxidative propane dehydrogenation over alumina-supported Co-V oxide catalysts (2021)
  • 著者名/発表者名: Jeon Namgi、Seo Okkyun、Oh Jungmok、Park Jisu、Chung Iljun、Kim Jaemyung、Sakata Osami、Tayal Akhil、Yun Yongju
  • 雑誌名: Applied Catalysis A: General 巻: 614 ページ: 118036-118036
  • DOI: 10.1016/j.apcata.2021.118036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly Stable and Active Solid‐Solution‐Alloy Three‐Way Catalyst by Utilizing Configurational‐Entropy Effect (2021)
  • 著者名/発表者名: Kusada Kohei, Wu Dongshuang, Nanba Yusuke, Koyama Michihisa, Yamamoto Tomokazu, Tran Xuan Quy, Toriyama Takaaki, Matsumura Syo, Ito Ayano, Sato Katsutoshi, Nagaoka Katsutoshi, Seo Okkyun, Song Chulho, Chen Yanna, Palina Natalia, Kumara Loku Singgappulige Rosantha, Hiroi Satoshi, Sakata Osami, Kitagawa Hiroshi et al.
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: in press 号: 16 ページ: 2005206-2005206
  • DOI: 10.1002/adma.202005206
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical and Electronic Investigation of Buried NiO_1?δ, PCBM, and PTAA/MAPbI_3?<i>x</i>Cl_<i>x</i> Interfaces Using Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy and Transmission Electron Microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Gueye Ibrahima、Shirai Yasuhiro、Khadka Dhruba B.、Seo Okkyun、Hiroi Satoshi、Yanagida Masatoshi、Miyano Kenjiro、Sakata Osami
  • 雑誌名: ACS Applied Materials &amp; Interfaces 巻: 13 号: 42 ページ: 50481-50490
  • DOI: 10.1021/acsami.1c11215
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of heat-treatment atmosphere and temperature on cobalt species in Co/Al2O3 catalyst for propane dehydrogenation (2021)
  • 著者名/発表者名: Jeon Namgi、Oh Jungmok、Tayal Akhil、Jeong Beomgyun、Seo Okkyun、Kim Sujin、Chung Iljun、Yun Yongju
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 404 ページ: 1007-1016
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2021.10.035
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly-crystalline 6 inch free-standing GaN observed using X-ray diffraction topography (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim Jaemyung、Seo Okkyun、Kumara L. S. R.、Nabatame Toshihide、Koide Yasuo、Sakata Osami
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 23 号: 7 ページ: 1628-1633
  • DOI: 10.1039/d0ce01572e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen absorption and desorption on Rh nanoparticles revealed by in situ dispersive X-ray absorption fine structure spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Song Chulho、Seo Okkyun、Matsumura Daiju、Hiroi Satoshi、Cui Yi-Tao、Kim Jaemyung、Chen Yanna、Tayal Akhil、Kusada Kohei、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi、Sakata Osami
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 10 号: 34 ページ: 19751-19758
  • DOI: 10.1039/d0ra03322g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modifying the crystal structures of Fe2O3-doped NiO epitaxial thin films grown at room temperature by controlling the oxygen partial pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Seo Okkyun、Tayal Akhil、Kim Jaemyung、Song Chulho、Katsuya Yoshio、Sakata Osami、Tang Jiayi、Lee Nodo、Kim Yong Tae、Ikeya Yuki、Takano Shiori、Matsuda Akifumi、Yoshimoto Mamoru
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 533 ページ: 147432-147432
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147432
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On the electronic structure and hydrogen evolution reaction activity of platinum group metal-based high-entropy-alloy nanoparticles (2020)
  • 著者名/発表者名: Wu Dongshuang、Kusada Kohei、Yamamoto Tomokazu、Toriyama Takaaki、Matsumura Syo、Gueye Ibrahima、Seo Okkyun、Kim Jaemyung、Hiroi Satoshi、Sakata Osami、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 11 号: 47 ページ: 12731-12736
  • DOI: 10.1039/d0sc02351e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystalline to amorphous transformation in solid-solution alloy nanoparticles induced by boron doping (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Keigo、Kusada Kohei、Wu Dongshuang、Ogiwara Naoki、Kobayashi Hirokazu、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Hiroi Satoshi、Seo Okkyun、Song Chulho、Chen Yanna、Kim Jaemyung、Tayal Akhil、Sakata Osami、Ohara Koji、Honma Tetsuo、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 号: 85 ページ: 12941-12944
  • DOI: 10.1039/d0cc05418f
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Stacking fault density of fcc metal nanoparticles analyzed by Rietveld method (2022)
  • 著者名/発表者名: Okkyun Seo, Osami Sakata
  • 学会等名: The 17th Asian Crystallographi Association
  • 国際学会
• [学会発表] Hard X-ray photoelectron spectroscopy at BL46XU beamline of SPring-8: present and the future (2021)
  • 著者名/発表者名: Okkyun Seo, Satoshi Yasuno
  • 学会等名: The 12th International Conference on Advanced Materials and Devices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxidation/reduction behaviors of PdRu solid-solution nanoparticles under three-way catalytic reaction conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Okkyun Seo, Akhil Tayal, Jaemyung Kim, Kohei Kusada, Jiayi Tang, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa, and Osami Sakata
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2021
  • 国際学会
• [備考] google scholar
  • URL: https://scholar.google.co.kr/citations?user=nlxZevAAAAAJ&hl=ko