| 研究課題/領域番号 |
22KJ1315
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| 補助金の研究課題番号 |
22J14497 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
森合 達也 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | デンドリマー / サブナノ粒子 / ニッケル / 環境浄化型触媒 / メタンのドライリフォーミング反応 / 第四周期元素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
粒径1 nmのサブナノ粒子は、バルクやナノ粒子にも見られない性質や活性が発現することが知られている。また、サブナノスケールでは秩序だった結晶構造をとりにくいため、異種金属が均一に混ざり合い、非常に多くの金属界面が生じる。こうした理由から、「多元素合金サブナノ粒子」は、単元素サブナノ粒子よりもさらに高い活性が期待される。そこで、我々の研究グループではデンドリマーと呼ばれる高分子を鋳型とした合成法を開発したことにより、様々な多元素合金サブナノ粒子の合成を実現させてきた。本研究では、とくに安価で市場規模の大きい卑金属元素から成る多元素合金サブナノ粒子を合成し、卑金属元素の性質を最大限まで向上させる。
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| 研究実績の概要 |
比較的安価で市場規模が大きい卑金属元素であるニッケルに着目し、従来の貴金属材料の代替となるような環境浄化型触媒の開発を行った。初めに、当研究グループが独自に開発した樹状高分子であるデンドリマーを用いた鋳型合成法により、4種類の核数を持つニッケルサブナノ粒子の合成を達成した。次に、これらをメタンのドライリフォーミング反応の触媒として応用し、ニッケルのナノ粒子やバルクとの性能比較を行った。結果として、本反応の昇温実験において、28核ニッケルサブナノ粒子が最も低い反応開始温度を示し、これが熱力学的平衡計算で得られた理論的限界値と一致するほどであることも判明した。実際に、この際の反応における活性化エネルギーを算出した結果、1 kcal/molを下回っていることが明らかとなり、従来触媒と比べて活性化障壁を格段に下げることに成功した。この成果から、触媒を原子レベルで適切にデザインすることで反応に最適なサイトが形成し、卑金属でさえ活性を最大限まで向上させることが可能であることが示された。
続いて、卑金属元素の拡張を目指し、ニッケル以外にもチタンから亜鉛までの計9種類の第四周期元素において、サブナノ粒子の合成を行った。結果的に、全ての元素間で錯形成挙動を統一することに成功し、これに伴い、統一条件における9種類の第四周期金属サブナノ粒子の合成に成功した。さらに、この条件を用いることで、多元素合金サブナノ粒子の合成も達成した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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