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本研究は「セリアを助触媒とした触媒系において、セリアをクラスター化すると酸素過剰雰囲気における触媒金属の酸化が抑制され、触媒性能が向上する」との仮説を検証し、気相孤立系と担持系での測定から実触媒設計の指針を得ることを目的とする。
2020年度は 気相孤立系として銅1原子を含む銅/酸化セリウムクラスターと銅/酸化マグネシウムクラスターの酸化状態を測定して比較した。クラスター中の酸素原子数の増加に伴って銅/酸化マグネシウムクラスターでは銅が1価から2価に酸化されたのに対して、銅/酸化セリウムクラスターでは銅が1価に保たれているとの結果を得た。ここから銅の酸化抑制は酸化セリウムクラスターと複合化によるものと結論した。
2021年度は銅/酸化セリウムクラスターを担持して銅吸収端でのX線吸収スペクトルを測定したが、銅の酸化状態を特定するには信号強度が不十分であった。気相孤立系ではマンガン1原子/酸化セリウムクラスターに対する測定を行い、酸化抑制効果が見られないとの結果を得た。これは銅原子に比べてマンガン原子が酸化されやすいことを反映しているものと思われる。また銅2原子とセリウム3原子を含む銅/酸化セリウムクラスターに対する測定を開始した。
2022年度も銅2原子を含む銅/酸化セリウムクラスターを対象として、酸化セリウムのサイズを変えて測定を行った。その結果、例えばCu2Ce5O11+では銅が2価であるのに対して、Cu2Ce5O12+では銅が1価になることが分かった。この結果はクラスター中の酸素原子が増加すると銅の還元が進行することを示している。すなわち銅/酸化セリウムクラスターに含まれる銅が1原子、2原子どちらの場合でも銅の酸化が進行しない点で共通しているが、銅原子数により酸化状態の振る舞いが異なっていることが分かった。
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