金属ナノ触媒粒子による気体反応メカニズムの原子・電子構造的解析

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19001005
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系; 工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 竹田 精治 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (70163409)
• 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)
• 連携研究者: 河野 日出夫 大阪大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (00273574) ; 大野 裕 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80243129) ; 市川 聡 大阪大学, ナノサイエンスデザイン教育研究センター, 特任准教授 (80403137) ; 秋田 知樹 (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 (80356344) ; 田中 真悟 (独)産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 研究員 (50357448) ; 藤谷 忠博 (独)産業技術総合研究所, 環境化学技術研究部門, グループ長 (50190054) ; 香山 正憲 (独)産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, グループ長 (60344157) ; 吉田 秀人 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00452425)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2012
• キーワード: 金触媒 / 環境制御TEM / 低温酸化 / ナノ粒子 / 可視化 / 一酸化炭素 / その場観察 / Operando Study

研究概要

化学的に不活性な金をナノ粒子として特定の金属酸化物に担持すると室温以下で一酸化炭素を酸化させる触媒となる。本研究では環境制御・透過電子顕微鏡解析、触媒化学および第一原理解析を密接に連携させることで、活性状態での金ナノ粒子の形態および表面構造、一酸化炭素の吸着サイトおよび酸素の活性サイトについて原子構造的・電子構造的に解析した。さらに 金属ナノ粒子触媒表面に吸着した気体分子の可視化技術も開拓した。

研究成果

• [雑誌論文] Atomic-resolution environmental TEM for quantitative in-situ microscopy in materials science (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda and H. Yoshida
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 62 ページ: 193-203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study of atomic oxygen on gold surface by Huckel theory and DFT calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sun, M. Kohyama, S. Tanaka and S. Takeda
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. 巻: A116 ページ: 9568-9573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsic Catalytic Structure of Gold Nanoparticles Supported on TiO_2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuwauchi, H. Yoshida, T. Akita, M. Haruta and S. Takeda
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 51 ページ: 7729-7733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualizing Gas Molecules Interacting with Supported Nanoparticulate Catalysts at Reaction Conditions (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, Y. Kuwauchi, J. R. Jinschek, K. Sun, S. Tanaka, M. Kohyama, S. Shimada, M.Haruta and S. Takeda
  • 雑誌名: Science 巻: 335 ページ: 317-319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic Morphology Changes of Gold Nanoparticles Supported on CeO2during CO Oxidation (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchiyama, H. Yoshida, Y. Kuwauchi, S. Ichikawa, S. Shimada, M. Haruta, and S. Takeda
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 50 ページ: 10157-10160
  • 査読あり
• [雑誌論文] A theoretical study of CO adsorption on gold by Huckel theory and density functional theory calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sun, M. Kohyama, S. Tanaka and S. Takeda
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 32 ページ: 3276-3282
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-Dependent Change in Shape of Platinum Nanoparticles Supported on CeO_2 during Catalytic Reactions (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Matsuura, Y. Kuwauchi, H. Kohno, S. Shimada, M. Haruta and S.Takeda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 4 ページ: 065001/1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the Preparation Methods for Pt/CeO_2 and Au/CeO_2 Catalysts in CO oxidation (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Shimada, T. Takei, T. Akita, S. Takeda, M. Haruta
  • 雑誌名: Stud. Surf. Sci. Catal. 巻: 175 ページ: 837-847
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and stability of Au rods on TiO2(110) surfaces by first-principles calculations (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shi, M. Kohyama, S. Tanaka and S. Takeda
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 80 ページ: 155413/1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct O2activation on gold/metal-oxide catalysts through unique double linear O-Au-O structure
  • 著者名/発表者名: K. Sun, M. Kohyama, S. Tanaka and S. Takeda
  • 雑誌名: ChemCatChem ページ: 2013
  • 査読あり
• [学会発表] Operando Structure of Supported Gold Nanoparticulate Catalysts Studied by Environmental Transmission Electron Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda, H. Yoshida, Y. Kuwauchi, K. Sun, M. Kohyama, M. Haruta, T. Akita, T. Uchiyama
  • 学会等名: The 6th International Conference on GOLD 2012
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2012-09-06
• [学会発表] Operando Structural Study of Supported Gold Nanoparticulate Catalysts by Quantitative Environmental Transmission Electron Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda, H. Yoshida, Y. Kuwauchi, K. Sun, M. Kohyama, M. Haruta, T. Akita, T. Uchiyama
  • 学会等名: Microscopy & Microanalysis 2012 Meeting
  • 発表場所: Phoenix, USA
  • 年月日: 2012-08-01
• [学会発表] In-situ structure analysis of gold nanoparticulate catalysts during CO oxidation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda, H. Yoshida, Y. Kuwauchi, T. Uchiyama, T. Akita, K. Sun, S. Tanaka, M. Kohyama, S. Shimada, M. Haruta
  • 学会等名: 15th International Congress on Catalysis
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 2012-07-06
• [学会発表] The role of perimeter interfaces in the genesis of catalysis by gold nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Haruta
  • 学会等名: Third International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations
  • 発表場所: Gifu, Japan
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] Structure of supported nanoparticle catalysts at the working condition studied by environmental transmission electron microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda, H. Yoshida and Y. Kuwauchi
  • 学会等名: Microscopy Conference 2011
  • 発表場所: Kiel, Germany
  • 年月日: 2011-08-30
• [備考]
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/nnf/topics/19001005report.html