| 研究課題/領域番号 |
16H06131
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
大山 順也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50611597)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 金属ナノ粒子 / 双晶 / 構造効果 / 固体触媒 / 金 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の計画として次の4つを掲げている：(1) 双晶Au ナノ粒子の展開：触媒作用と結晶構造制御手法、(2) さまざまな金属種への双晶構造の導入とその効果、(3) 双晶ナノ粒子合成のエッセンス解明、(4) 双晶ナノ粒子の特異な触媒特性の起源解明。平成28年度では(1)、(2)、(4)に関する研究を行った。(1)についてTiO2担持双晶Auナノ粒子を用いた不飽和アルデヒドの水素化反応を行い、双晶構造によって水素化反応活性が向上することを明らかにした。また、CO還元処理による双晶Auナノ粒子の調製法の適応性を調べるために、さまざまな金属酸化物担体を用いて室温CO還元処理によって双晶Auナノ粒子の調製を試みた結果、TiO2と同様に易還元性担体であるNb2O5、Fe2O3、CeO2上で双晶構造が発現することが分かった。一方、Al2O3やZrO2などの難還元性担体を用いた場合にはAuの前駆体が還元されず双晶Auナノ粒子は得られなかった。(2)について、Au以外にPtを検討した。COガス雰囲気下でPtナノ粒子を調製した結果、双晶構造は発現しなかったが、(100)面を露出したキュービックPtナノ粒子が生成し、ガスによって形状制御できることが判明した。さらに、形状制御によって水素化反応の選択性が変化することを確かめた。(4)について、双晶Auナノ粒子へのCO吸着エネルギーをDFT計算を用いて評価し、双晶構造の中でも特に2ナノメートル以下の小さな双晶Auナノ粒子が単結晶ナノ粒子よりも高いCO吸着エネルギーを示すことが示唆された。この結果とこれまでの知見を基に、TiO2担持双晶Auナノ粒子がCO酸化反応に高い活性を示した原因は、小さな双晶Auナノ粒子の生成によって分子吸着エネルギーが大きくなったためであると示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の平成29年度の研究計画では、(1) 双晶Auナノ粒子の触媒作用と結晶構造制御手法の展開についてのみ取り組み、Au触媒についてさまざまなガス種による構造制御と反応展開を行う予定であった。水素化反応については検討できたが、他の計画していた反応については装置の作成等に時間を要したため計画を変更し、(2), (4)のさまざまな金属種への双晶構造の導入とその効果、双晶ナノ粒子の特異な触媒特性の起源解明に取り組み、ガス雰囲気によるPtナノ粒子の形態制御と反応性の変化、また、双晶構造由来の分子吸着エネルギーの変化が明らかになった。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度では以下の研究を計画する。
(1) 双晶Auナノ粒子触媒の反応と結晶構造制御手法の展開：Auナノ粒子触媒において結晶構造の重要性と汎用性を示すために平成28年度に続いて反応を展開し、また、調製法と反応展開を進める。
(2) 様々な金属種への双晶構造の導入の検討：他の金属（具体的に、AgおよびPd）について、CO等のガス前処理を施すことで双晶構造の発現を狙う。PtではCOガスによって形態制御されたことから、双晶構造発現だけでなく形態制御も本研究の対象として研究を進める。
(3) 双晶構造発現メカニズムの解明：Au表面へのガス吸着挙動をIRを用いて評価することで、CO処理によって双晶Auナノ粒子が発現するメカニズムを検討する。
(4) 双晶ナノ粒子の高い水素化活性の起源解明：双晶構造によって水素化活性が向上した原因を明らかにするために、DFT計算を用いて双晶Auナノ粒子へのH吸着エネルギーを評価する。
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