| 研究課題/領域番号 |
14J01514
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
野﨑 安衣 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| キーワード | 多孔質金属触媒 / アモルファス合金 / 水素化反応 / 酸素酸化反応 / Ni－Zr合金 / Au－Zr合金 / Pd-Zr合金 |
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| 研究実績の概要 |
当該研究ではアモルファス合金の構造変化が触媒特性に与える影響について検討し、昨年度まではNi-Zrアモルファス合金やCu-Tiアモルファス合金に結晶化に至らない程度の熱処理を施すことで作製した多孔質金属触媒の活性が向上することを報告した。本年度は、以下の３つのテーマについて検討を行った。
①NiZrアモルファス合金から調製した多孔質Niへ加熱処理を施し、加熱処理中の雰囲気ガス制御を行い、得られた試料の表面状態と触媒作用との関連について調査した。NiZrアモルファス合金にHF処理を施し調製した多孔質Niに酸素雰囲気下で加熱処理を施すことで表面構造が微細化した。作製した試料は不活性なNiOに覆われているため水素雰囲気下で加熱処理を行うことでNiOからNiに還元され、オクテンの水素化反応において非常に高い触媒活性を示した。
②Pd-Zrアモルファス合金から調製した多孔質Pdは非常に高い活性を示した。しかしながら、オクテンの水素化反応において異性体が多く生成し、選択性が非常に低かった。そこでPd-ZrにNiを5at%添加したアモルファス合金から多孔質PdNiを調製し、オクテンの水素化反応を用いたところ、生成した異性体は添加したNiによって速やかに水素化され、選択性を飛躍的に向上させることができた。
③Au-Zrアモルファス合金を出発原料とし、Zrを選択的に溶出するために、HF溶液に浸漬させ多孔質Auを得た。作製した多孔質Auについて、ベンジルアルコールの酸化反応を行い、触媒活性を比較検討したところ、反応活性はHF処理時間に強く影響を受け、表面にZrO2を多く残存させることで極めて高い触媒活性を示す多孔質Auを得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
アモルファス合金からの多孔質触媒の調製と前駆体構造が触媒特性に与える影響について検討を行っており、本年度は雰囲気ガス制御・添加元素の効果・残存元素の効果について検討を行った。
Ni-Zrアモルファス合金から調製した多孔質Ni触媒に酸素雰囲気下で加熱処理をすることで多孔質Niの構造をさらに微細化することに成功した。Pd-Zrアモルファス合金から調製した多孔質PdにNiを添加することで、オクテンの水素化反応において選択性が極めて向上した。Au-Zrアモルファス合金から調製した多孔質Auの触媒特性について検討を行い、ZrO2を残存させることで多孔質Auの触媒活性が極めて高くなることを見出した。
これらの結果をもとに、当該年度において申請者自ら論文作成をし、計2報を投稿し、国内外学会で７件の発表を行い、国際会議TOCAT7において 635人中30人に贈られるBest Poster Awardを受賞した。
また、11月から1か月半の間、フランスのUniversity Pierre and Marie CURIE Prof. Catherine Louis研究室にて研究を行った。海外の研究者と研究に関してディスカッションを行うことで語学力・コミュニケーション能力の向上に努め、高度な構造解析や最先端の分析手法について学んだ。今後は学んだ手法を用い、より詳細な構造解析を行うことで当該研究の更なる進展が見込まれる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本申請研究では、アモルファス合金から調製した多孔質触媒の高活性化や構造状態と触媒活性の関連について解明を目的とする。特に次にあげる３点を主たる研究対象とする。今後は、①高活性化に向けてアモルファス合金の構成元素の検討、②アモルファス合金の構造状態解析、③多孔質触媒のエネルギーキャリアからの水素生成反応への応用について検討を行う。
①昨年度の研究成果より調製した多孔質Niの結晶性が高いと触媒活性が低下してしまうということを見出した。そこで，LaやBなどを添加することでNiの原子移動を抑制し低結晶性の維持と触媒活性の向上を試みる。
②アモルファス合金の構造状態と触媒活性の関連について解明するため、高エネルギー加速器研究機構(KEK-PF) 、高輝度光科学研究センター(SPring-8)での放射光XAFSを利用し、結晶化過程にあるアモルファス合金の状態解析や、カーブフィッティング法を利用した配位数・原子間距離などの比較を行う。XPS測定やSEM観察などの手法も組み合わせることで、アモルファス合金への熱処理が触媒活性に与える影響について明確にすることを目指す。またProf. Catherine Louisの下で学んだ最先端の手法を用い、より詳細な構造解析を行うことで当該研究の更なる進展が見込まれる。
③近年，次世代エネルギーとして水素燃料電池が期待されているが，エネルギー源である水素は貯蔵や運搬の面で課題が残されている。現在、アンモニアボランなど高水素含有化合物からより効率的に水素を取り出す手法がエネルギーキャリアとして注目されており、そのための触媒開発が必要とされている。前駆体であるアモルファス合金の構成元素について検討し、高水素含有化合物からより効率的に水素を取り出すことのできる触媒の開発を目指す。
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