| 研究課題/領域番号 |
19001005
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
竹田 精治 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (70163409)
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| 研究分担者 |
田中 孝治 独)産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 主任研究員 (40357439)
春田 正毅 首都大学東京, 都市環境科学研究所, 教授 (10357824)
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| キーワード | 白金触媒 / 金触媒 / 金属ナノ粒子 / 担体効果 / サイズ効果 / CO酸化 |
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| 研究概要 |
(1)金ナノ粒子触媒の電子線照射効果:環境制御・透過電子顕微鏡(ETEM)法では試料に高エネルギーの電子線が照射される。照射条件を系統的に変化させた観察データを整理して未照射でのintrinsicな触媒構造を推定する方法を確立した。
(2)実触媒へのETEM法の適用:COとO_2の分圧を系統的に変化させ多数の金ナノ粒子のETEM観察を行い、その構造を数値化し、さらに統計的処理を施すことで、活性に寄与する金ナノ粒子がCOとO_2の分圧に応じて形態を変化させることを見いだした。
(3)活性中の金ナノ粒子触媒構造:反応雰囲気中で金ナノ粒子は{111}と{100}ファセットに囲まれた多面体を保ち酸素雰囲気では時間的に表面構造が変化することを見いだした。ここから酸化物表面に担持した金ナノ粒子のperimeterが酸素分子を活性化するサイトであり、生成した原子状酸素等が金ナノ粒子の表面を時間的に変動させると結論した。
(4)活性中の金属ナノ粒子触媒表面に吸着した気体分子の直接観察:活性中の金ナノ粒子の{100}ファセットはCOの吸着によって原子配列が再構成することを見いだした。さらに、吸着したCO分子のETEM直接観察にも初めて成功した。
(5)金ナノ粒子触媒の原子・電子構造と分子挙動の第一原理解析:CO分子の吸着エネルギーが、吸着する金原子の周囲や下層の金原子の位置に大きく依存することを量子化学解析と第一原理計算から定量的に実証した。さらに酸素分子の解離挙動として、酸化物表面の酸素原子(Os)に接するperimeterの金原子に、酸素分子(Oa)が吸着すると、特別に安定なOs-Au-Oaの配位構造ができ、酸素分子が低いエネルギー障壁で解離する可能性が量子化学解析から示された。Perimeter interfaceで酸素分子解離が起きる場合の一つの有力なメカニズムである。
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