| 研究課題/領域番号 |
16H04220
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
山田 幾也 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (30378880)
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| 研究分担者 |
阿部 英樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主幹研究員 (60354156)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 超高圧合成 / 異常高原子価イオン / 構造・活性の相関 / 酸素発生触媒 / 四重ペロブスカイト / メタノール反応触媒 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では超高圧合成法(10万気圧以上・千℃程度の超高圧・高温条件での物質合成法)を用いて得られる異常高原子価イオン(Fe4+など)を含有する遷移金属酸化物を主要なターゲットとした触媒メカニズムの解明と新しい触媒機能の開拓を目標としている。代表者らが2015年に報告した高活性・高耐久性酸素発生触媒CaCu3Fe4O12 (CCFO)とその関連物質を対象に、構造・電子状態と活性の相関解明と新しい触媒機能の探索を重点的に行った。(1) CCFOと同じ結晶構造(四重ペロブスカイト型構造)を有するマンガン酸化物AMn7O12 (A = Ca, La)と対応する単純ペロブスカイト酸化物AMnO3の触媒活性を比較し、AMn7O12が酸素発生・還元反応に活性を持つbifunctional catalystであることを見出した。さらに、隣接Mn-Mn距離に着目した構造・活性の相関を明らかにした。(2) 代表的な高難度反応であるメタン・メタノール直接変換反応におけるFe4+酸化物の触媒活性を調べ、CCFO触媒を使用した場合に有意なメタノールの生成を確認した。関連化合物ではメタノール生成が確認されなかったので、構造・電子状態を詳細に調べることで触媒活性の起源を明らかにすることができる可能性がある。(3) 異常高原子価イオンを含む種々の単純ペロブスカイトの酸素発生触媒活性と、第一原理計算で得られた電子状態の相関について検討を行った。先行研究で提案された触媒活性の指標である遷移金属イオンのeg電子数や酸素2pバンド中心準位では本研究で得られた触媒活性データを上手く説明することができなかったため、回帰分析などにより検討することで、新しい指標を得る見込みである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
隣接金属原子間距離に着目した触媒活性の整理によって、四重ペロブスカイト型酸化物に特有の構造・活性について議論を行い、原著論文として発表することができた。また、新たに開拓するメタン反応触媒についても、CCFOが有効に作用することを見出したことで、今後の研究方針が確立した。
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| 今後の研究の推進方策 |
触媒機能の解明については、本年度に提案した隣接金属原子間距離に着目した酸素発生触媒活性の大小について対象とする系を広げて検討を行い、普遍性があるのかどうか、配位環境など別の要因に起因するかどうか等、構造・活性の相関を詳細に調べる。さらに第一原理計算で得られる一連の化合物の電子状態に基づき検討を行い、電子状態・活性の相関についての知見を得る。
メタン反応触媒については、CCFOと組成・構造が類似する系での活性比較を行い、系統的な実験データを収集することで、触媒活性の起源について知見を得る。
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