弾性表面波による担持薄膜触媒活性の人工制御

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03453006
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 井上 泰宣 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (30016133)
• キーワード: 薄膜触媒 / 弾性表面波 / エタノール酸化反応 / 触媒活性の人工制御 / 銅触媒 / パラジウム触媒

研究概要

融触活性の精緻な人工制御が可能な機能をもつ固体触媒を得るために、昨年度は強誘電体表面に伝搬する弾性表面波(Surface Acoustic Wave:SAW)の振動方向が表面に平行なShear Horizontal Leaky SAW(SH-LSAW)波の効果を明らかにしたが、本年度は、SAWの振動方向が表面に垂直なRayleigh(R-SAW)波の効果を調べるために、強誘電体として128^4-Y-X LiNbO_3単結晶を用いデバイス型固体固体融媒を作製した。この結晶表面の両端にクシ型(IDT)電極をフォトリソグラフ法により取り付け、および発生用の素子とした。作製素子の伝送特性を調べ、その帯域特性がIDTに基づく特性値と一致する結果を得た。R-SAWの伝搬路に10nmのCuあるいはPdを薄膜触媒として接合した素子を作製し、エタノール酸化反応に対するSAWの触媒活性化の効果を調べた。Cu触媒において、1WのR-SAWの印加により363Kでの触媒活性は約3.6増加することを示した。触媒反応の温度依存性から、R-SAWの印加は反応の活性化エネルギーを55kJ mol^<-1>から39kJ mol^<-1>へと約30%低下させる効果をもつことを見出した。pd薄膜触媒においても、R-SAWは353Kでの反応において2.6倍の活性増加をもたらし、また活性化エネルギーを42kJ mol^<-1>から29kJ mol^<-1>に低下させる効果を示した。これらのR-SAW効果は、SH-LSAWの1W印加において見出されたpdの活性が3倍増加することと類似しており、SAWの振動モードによらず同程度の触媒活性化の効果が存在することを示した。SAW伝搬路に電界発光体であるZnS(Cu添加)を薄膜で担持した場合に、R-SAWおよびSH-LSAWの伝搬により共に強い発光が生じる結果が得られ、R-SAWは9x10^3Vcm^<-1>、またSH-LSAWはの1x10^4Vcm^<-1>の電界を発生させることを示した。こ電場の強さは同程度であり、触媒活性の増加効果がR-SAWとSH-LSAWで類似することと対応した。本研究の成果に基づき、SAWを用いた固体触媒において薄膜触媒活性の人工制御が可能となることを結論した。

研究成果

• [文献書誌] Yasunobu Inoue,Masahiko Matsukawa,Kazunori Sato: "Effect of Surface Acoustic Wave Propagated on Ferroelectric LiNbO_3 on Catalytic Activity of a Deposited pd Thin Film" J.Phys.Chem.,. 96. 2222-2225 (1992)
• [文献書誌] Yasunobu Inoue,Yoshihiko Kato,Kazunori Sato: "Surface Acoustic Wave Method for in situ Determination of the Amounts of Enzyme-Substrate Complex formed on immobilized Glucose Oxidase during Catalytic Reaction" J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,. 88. 449-454 (1992)
• [文献書誌] Yasunobu Inoue,Masahiko Matsukawa,Hitoshi Kawaguchi: "Catalytic Activity of Pb Activater by a Shear Horizontal Leaky Surface Acoustic Wave Generated on LiTaO_3" J.Chem.Soc.,Faraday Trans.,. 88. 2923-2926 (1992)
• [文献書誌] Yasunobu Inoue,Masahiko Matsukawa: "Different Effects of Rayleigh-type Surface Acoustic Waves on Catalytic Activity of A Thin Cu Film for Ethanol Oxidation" Chem.Phys.Lett.,. 198. 246-248 (1992)
• [文献書誌] Yasunobu Inoue,Yukihisa Watanabe: "Use of LiNbO_3 for Design of Device-type Catalysts with Activity Controllable Functions" Catal.Today.