| 研究課題/領域番号 |
21H01802
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
高草木 達 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (30359484)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
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| キーワード | オペランド偏光全反射蛍光XAFS法 / オペランド偏光変調赤外反射分光法 / 活性点三次元構造解析 / 担持金属触媒 / 複合表面計測 / 表面吸着種解析 / 反応機構解明 / 単結晶モデル触媒表面 / 偏光全反射蛍光XAFS法 / 偏光変調赤外反射分光法 / オペランド計測 / 担体効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体触媒において、「触媒反応中にどういった電子状態及び立体構造（三次元原子配列）を有する活性ナノ構造が形成され、そこには吸着種がどのような状態で存在して最終生成物を与えるのか？」を解明することは、表面ナノ構造と触媒活性との相関および反応機構を真に理解し、更なる高活性化への指針を得るために不可欠である。本研究では、超高真空～大気圧下で触媒動作中活性点の電子状態及び立体構造が得られるオペランド偏光全反射蛍光XAFS法に加え、新たにオペランド偏光変調赤外反射分光法を開発し、吸着種挙動解析も可能とする複合オペランド表面計測システムを確立する。さらに酸化物担持金属触媒における担体効果の解明を試みる。
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| 研究成果の概要 |
酸化物表面上に活性金属種（単原子やナノ粒子）を担持した酸化物担持金属触媒は実用上最も広く用いられている。触媒反応を理解し、更なる高性能化への指針を図るには触媒性能に影響を与える因子（金属活性点の電子状態・立体構造、表面吸着種の挙動）を反応条件下で明らかにし、厳密な構造-活性相関に関する情報の取得と反応機構の解明が不可欠である。本研究において、18H01864課題で開発したオペランド偏光全反射蛍光XAFSを高度化するとともに、オペランド偏光変調反射赤外吸収分光法を新たに開発することで触媒制御因子の反応条件下での計測を可能にした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体触媒はファインケミカルズや医薬品の合成、自動車排ガスの無害化など、産業や環境に有用な多くの化学反応に用いられており、SDG実現に向けて触媒の更なる高性能化（極めて高い効率で欲しい物質だけを得る）が求められている。しかし、「触媒反応中にどういった電子状態及び立体構造を有する表面ナノ構造が形成され、そこには吸着種がどのような状態で存在して最終生成物を与えるのか？」という触媒制御因子に関する情報を得る評価技術は確立されておらず、厳密な構造-活性相関の取得や反応機構の解明は難しかった。本研究によって、こうした情報の取得が可能になり、今後の触媒設計に関してより明確な指針を与えることが期待できる。
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