面構造制御ナノ金属粒子触媒の開発研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205115
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 秋鹿 研一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (20016736)
• 研究分担者: 宮崎 あかね 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (80293067) ; 稲津 晃司 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (70272698) ; 泉 康雄 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (50251666) ; 中野 義男 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30092563)
• キーワード: 表面構造効果 / ナノ粒子 / 白金 / ルテニウム / アルミナ / 逆ミセル法 / ポリオール法

研究概要

油中にナノ水滴を懸濁させ、その中でBaアルコキシドを少量加えたAlアルコキシドの加水分解を行わせる(逆ミセル法)ことによりアルミナナノ粒子を製造する方法を開発してきた。本年の大きな成果は「熟成過程での水熱合成効果」である。逆ミセル中で20時間加水分解を行わせた後に試料を2つに分け、一方はそのまま他方はオートクレーヴ中150℃24時間処理(水熱合成)を行った。両試料は油相除去後、500℃2時間Ar中次に空気中で処理された。Ba添加の有無にかかわらず、水熱合成処理を行わなかったアルミナの表面積は200〜250m^2、平均細孔径1.8nmであるのに対し、水熱合成処理を行ったものは表面積260〜315m^2、平均細孔径4.2〜5.5nmであった。即ち水熱合成処理を通して熟成させると、加水分解に続く脱水縮合が制御でき、メソ孔を有する高比表面積アルミナ材料を得ることに成功した。
ポリオール法(エチレングリコール等を加えた中で金属を還元)でRuCl_3を還元してコロイドとしたもの(12wt%)をアルミナ上に担持した。この状態のRu粒径は5.8nmをピークとして比較的均一に分布している。これをモデル触媒としてメタンの部分酸化(水素製造)反応を行った。酸化反応(最高温度650℃)後はRu粒子のシンタリングが進み平均粒子径は14.1nmとなった。このモデル触媒によりメタンの部分酸化反応が表面状態に大きく依存することを確かめた。低温(350〜450℃)ではRu表面は酸化されており、完全酸化反応(CO_2生成)が優先するが、高温(450℃以上)では表面が還元状態にあり、部分酸化反応(CO, H_2生成)が優先することが分かった。ポリオール法で均一なコロイド大粒子を作ることにより、担体(アルミナ)との相互作用を排してルテニウム表面上での本来の反応機構を明確化できた。

研究成果

• [文献書誌] Zhixiong You, Ioan Balint, Ken-ichi Aika: "Mesostructured Alumina Nanocomposites Synthesized via Reverse Microemulsion Route"Chem.Lett.. 32・7. 630-631 (2003)
• [文献書誌] Ioan Balint, Akane Miyazaki, Ken-ichi Aika: "Chemical and Morphological Evolution of Supported Ru Nanoparticles during Oxidative Conversion of Methane"React.Kinet.Catal.Lett.. 80・1. 81-87 (2003)
• [文献書誌] Ioan Balint, Akane Miyazaki, Ken-ichi Aika: "The relevance of Ru nanoparticles morphology and oxidation state to the partial oxidation of methane"J.Catal.. 220. 74-83 (2003)
• [文献書誌] T.Minato, Y.Izumi, K.Aika, A.Ishiguro, T.Nakajima, Y.Wakatsuki: "Nitric Oxide Reduction by Carbon Monoxide over Supported Hexaruthenium Cluster Catalysts. 1. The Active Site Structure That Depends on Supporting Metal Oxide and Catalytic Reaction Conditions"Journal of Physical Chemistry B. 107. 9022-9028 (2003)
• [文献書誌] Akane Miyazaki, Ioan Balint, Yoshio Nakano: "Morphology Control of Pt Nanoparticles and Their Catalytic Properties"Journal of Nanoparticle Research. 5. 69-80 (2003)
• [文献書誌] Akane Miyazaki, Ioan Balint, Yoshio Nakano: "Solid-liquid Interfacial Reaction of Zn^<2+> Ions on the Surface of Amorphous Aluminosilicates with Various A1/Si Ratios"Geochimica et Cosmochimica Acta. 67. 3833-3844 (2003)