研究課題/領域番号 |
22K05188
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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研究機関 | 福井大学 |
研究代表者 |
岡田 敬志 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30641625)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2025年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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キーワード | PGM錯体 / 溶解性制御 / カチオン種 / アニオン種 / セラミックス表面 / 白金族金属 / 錯形成 / 選択溶解 |
研究開始時の研究の概要 |
本研究では、セラミックスの活性表面における水溶性PGM錯体の溶解性制御メカニズムを解明する。錯形成現象は、固体(セラミックス+PGMs)-気相(Air)-酸化物融体(配位子)の三相界面においてPGM前駆体の形成、配位子の置換等が連鎖的に生じた結果と予想される。そこで水溶性PGM錯体の溶解性に影響を及ぼす因子(セラミックスの結晶構造、アニオン・カチオン種)を探索するとともに、セラミックス表面での錯形成挙動および溶解性の推移を調べる。さらに水溶性PGM錯体の溶解挙動を追跡し、錯体構造によって溶解速度がどのように異なるのかを調べる。以上からPGM錯体の溶解性制御メカニズムを明らかにする。
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研究実績の概要 |
水溶性PGM錯体の溶解性に影響を及ぼすセラミックス中因子の調査において、以下の知見が得られた。プラチナ粉末、酸化剤(Air+KOH)、B2O3融体中に、Al2O3あるいはSiO2を加え、アルミナ坩堝内にて500℃で加熱した。その結果、いずれにおいてもPGM錯体の水や希酸に対する溶解性が低下した。Al2O3やSiO2は、PGMsの可溶化を阻害する効果を有するものと推察される。Ca(OH)2を添加した場合、水に対する溶解性が低下する一方、希酸に対する溶解性が向上した。このことから、カルシウム成分の添加によって、PGMsの可溶化を進行させつつ、その溶解性を制御することが可能である。また、添加成分のアニオン種を酸化物イオンではなく、フッ化物イオンに変えてPGMsの可溶化挙動を調べた。プラチナ粉末、酸化剤(Air+KOH)、B2O3融体中にKFを添加すると、PGMsの水溶化効率が向上することがわかった。以上のとおり、PGM錯体の溶解性を低下させる成分と向上させる成分を明らかにすることができた。 さらにセラミックス材料の表面構造の影響を調べるため、以下の検討を行った。プラチナ粉末、酸化剤(Air+KOH)、Ca(OH)2、B2O3融体をアルミナ板上にて500℃で加熱した。このとき、一部の実験にて、Na処理を施したアルミナ板を用いた。加熱生成物を水洗し、塩成分を除去したのち、得られた希酸溶解性プラチナ化合物のX線回折パターンを調べた。その結果、未処理のアルミナ板の場合、複数の回折ピークが観察された。一方、Na処理したアルミナ板の場合、回折ピークの数が減少し、特定のピークのみが観察された。SEM-EDSで希酸溶解性プラチナ化合物を観察したところ、Na処理したアルミナ板の場合、繊維状の物質が形成されていた。セラミックス表面の状態が、PGM錯体の結晶構造に影響を及ぼすことが示唆された。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
PGM錯体の溶解性に影響を及ぼす成分を複数明らかにすることができた。特に溶解性を低下させる成分と、向上させる成分の両方を見出すことができ、今後の反応機構解明に役立つ。また、Na処理したアルミナ板上にて、反応物を加熱すると、希酸溶解性プラチナ化合物の結晶成長の様子が異なることも示唆されており、この点も反応機構の解明に資する知見である。
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今後の研究の推進方策 |
今後は、セラミックス表面におけるPGM錯体の形成挙動や溶解機構の解明に取り組む。その際、分析上の問題となるのが媒体として用いる塩成分であった。水溶性PGM錯体と添加剤として用いた塩成分が共存したままだと、PGM錯体の分析を困難なものにしてしまう。これに対して、Ca(OH)2を添加すると、水溶性PGM錯体が希酸溶解性化合物へと変化する。この状態にすると、塩成分を水洗除去し、希酸溶解性PGM錯体を分離することができ、分析が容易となる。この手法を生かし、今後の錯形成挙動や溶解機構の解明に取り組んでいく。
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