サイト選択XAFSを用いたクロム・コバルト・銅触媒表面活性サイト構造の研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12740376
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 泉 康雄 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (50251666)
• キーワード: サイト選択 / エネルギー分解能 / 銅触媒 / 活性化処理 / X線吸収スペクトル / 自然幅 / 鉛吸着 / バナジウム触媒

研究概要

平成12年度までに、化学状態の異なるサイトを峻別してX線吸収微細構造(XAFS)スペクトルを測定するための蛍光分光検出装置を考案・製作した。エネルギー分解能1.1 eVで、物理混合試料について価数分離を行ない、90%のサイト選択を得た。
本年度助成研究では上記基礎データを基に、COとH_2からメタノールを合成するCu/ZnO触媒について、Cu^0およびCu^Iサイトそれぞれに蛍光分光検出装置をチューンし、サイト選択XAFS測定を行なった。以前エネルギー分解能2.1 eVの条件で、この触媒についてサイト選択XAFS測定を行なっているが、本年度の研究では、実際の触媒試料についてエネルギー分解能向上に伴なうサイト選択向上が見られるか、および触媒作用機構と関連して、炭酸ガスおよび水の共存によるサイト構造変化を調べることにポイントを絞った。
スペクトル研究の結果、Cu/ZnO触媒については活性化処理条件が非常にcriticalで、反応ガスCOとH_2の他、炭酸ガスと水共存条件でのみ金属銅サイトのCu^Iサイトベの部分酸化が優勢に見られた。炭酸ガスと水非共存条件あるいは処理温度が453K以下の場合には、金属銅サイトが優勢に観測された。部分酸化されたCu^IサイトはCu_2Oばかりではなく、ZnO表面に原子状に分散したサイトも含むことが、スペクトルのシミュレーションにより示唆された。
研究費は蛍光分光検出装置用インターフェース、成果発表(日本化学会、放射光学会)の他、新たな系の探索として行なった鉛、バナジウムの実験の試薬等に用いた。これらの系では低濃度であることにポイントを置き、まだ価数分離には至っていないが、そのための基礎データを一通り得て、低濃度ということで報文(英文校閲)とした。

研究成果

• [文献書誌] 泉 康雄, 清瀧史貴: "状態識別XAFS(X線吸収微細構造)の原理と応用"表面. 37・7. 276-283 (2001)
• [文献書誌] 泉 康雄: "蛍光分光サイト選択XAFS"Photon Factory News. 19・3. 22-28 (2001)
• [文献書誌] Yasuo Izumi, Hiroyasu Nagamori, Fumitaka Kiyotaki, Taketoshi Minato: "Site-selective XAFS Spectroscopy Tuned to Surface Active Sites of Cu/ZnO and Cr/SiO_2 Catalysts"Journal of Synchrotron Radiation. 8・2. 605-607 (2001)
• [文献書誌] Yasuo Izumi, Fumitaka Kiyotaki, Hiroyasu Nagamori, Taketoshi Minato: "Site-selective XAFS Spectroscopy Tuned to Surface Active Sites of Copper Catalysts"Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 119・2/3. 193-199 (2001)
• [文献書誌] Fumitaka Kiyotaki, Taketoshi Minato, Yasuo Izumi: "Site-selective XAFS Spectroscopy Utilizing a Fluorescence Spectrometer for Model Systems of Copper Catalysts"SPring-8 User Experiment Report(2000B). 6. 66-66 (2000)
• [文献書誌] Fumitaka Kiyotaki, Taketoshi Minato, Yasuo Izumi: "Site-selective XAFS Spectroscopy Utilizing a Fluorescence Spectrometer for Cu/ZnO Methanol Synthesis Catalysts"SPring-8 User Experiment Report (2001A). 7. 82-82 (2001)