| 研究実績の概要 |
触媒分野では古くから知られる水素スピルオーバー現象の全容は未だ解明されておらず、またその利用は極めて限定的である。本研究では、高速に固体表面を移動する高密度かつ高活性なスピルオーバー水素を使いこなすための学理(表面水素工学)構築と、革新的応用分野の開拓をターゲットに、制御因子の解明、特殊合金ナノ粒子合成への応用を第一の目的とする。
これまで、水素スピルオーバー能に優れた二酸化チタン(TiO2)を用いると、還元電位の異なる5種類の金属元素(Co, Ni, Cu, Ru, Pd)が400 ℃という低温で同時還元され均一なHEAナノ粒子が合成できることを見出している。HEAとは、5種類以上の金属元素をほぼ等原子組成比で含み、かつ単相の固溶体を形成する材料のことを指す。
本年度は、形態制御した酸化セリウム(CeO2)担体を利用し、Co, Ni, Cu, Zn, PdからなるHEAナノ粒子の合成を試みた。特に還元性の高い(110)面を露出したロッド状CeO2を用いたときに水素スピルオーバーが促進されることで担持金属前駆体が急速還元されハイエントロピー合金サブナノクラスターが形成することを見出した。Pd K-edge FT-EXAFSカーブフィッティングにより微細構造を調査したところ、13核からなるクラスターであることが明らかとなった。
さらに、NO還元反応において、CoNiCuZnPd/CeO2は単金属Pd触媒と比較して活性が向上していることが確認された。さらにin situ XAFSを利用したNO-H2を利用した酸化還元応答性測定において、HEAサブナノクラスター触媒はPd自体の酸化還元は起きず、HEAサブナノクラスターの構造変化のサイクルが進行していることが明らかとなった。
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