| 研究課題/領域番号 |
21K04884
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
小倉 正平 東京電機大学, 工学部, 准教授 (10396905)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 単原子合金触媒 |
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| 研究実績の概要 |
近年活発に研究が進められている単原子合金触媒は熱平衡の安定な表面構造のみに限られており，非平衡構造の触媒活性は未解明となっている。本研究ではパラジウム金(PdAu)合金表面において一酸化炭素(CO)などの分子吸着による表面再構成と電子線照射による非熱的な吸着分子の脱離を利用して、原子レベルで制御した非平衡活性サイトの構築を行い、その触媒活性を明らかにすることを目的とする。そして水素のエネルギー利用や化学製品の製造に必要とされているメタンやエタンなどの低級アルカンの分解による水素生成やオレフィン等への改質反応に対して高い触媒活性を示す表面の創製を目指す。
本年度は非平衡活性サイトを作製するために必要な超高真空対応の試料ホルダーの作製、昇温脱離法と反射型赤外吸収分光の実験装置の構築を行った。超高真空中に用意したPd70Au30(110)合金表面を清浄化し，COの昇温脱離スペクトルと反射型赤外吸収スペクトルの測定ができることを確認した。COの赤外吸収スペクトルのCO吸着量依存性とCO吸着後の加熱温度依存性の詳細な測定を行い，試料温度100 K程度でCOを飽和吸着させた後に試料を320 Kに加熱するとCO吸着由来の表面再構成が起こり，この組成の表面においては非平衡なサイトであるPdダイマーのブリッジサイトに吸着したCOが現れることを明らかにした。さらにこの表面再構成が起きた表面からCOを非熱的に取り除いてCOの吸着していない非平衡サイトを作製するための電子銃を購入して超高真空装置に組み込み，電子線の照射と反射型赤外吸収分光の測定を同時に行うことができる実験装置を構築した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
電子銃の納入が遅れ，予定していた非平衡サイトの構造制御法の確立まで進まなかったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度確認した非平衡サイトに吸着したCOを、電子銃からの電子線を照射して非熱的に脱離させて非平衡サイトを作り出す。COの脱離と非平衡サイトの有無を反射型赤外吸収分光と昇温脱離法により確認しながら非平衡サイトの構造制御法を確立する。
作製した非平衡サイトを持つ表面に100 K程度の低温でメタンなどの低級アルカンを吸着させ、試料を加熱して脱離してくる水素分子、アルカン、オレフィンなどの生成が期待される分子を昇温脱離法により測定して触媒活性を調べる。また同時に表面に吸着している分子の吸着状態を赤外吸収分光により測定し、反応メカニズムに関する情報を得る。面方位・吸着分子を変えた構造の異なる非平衡活性サイトについても行い、反応に適した構造を探索する。平衡サイトのみを持つPdAu合金表面や純粋なAu表面についても上記の測定を行って結果を比較し、作製した非平衡サイトの触媒活性を評価する。
さらに反応速度と反応メカニズムの解明のため，測定された昇温脱離スペクトルのシミュレーションを行う。実験結果に基づいた反応モデルによるシミュレーションプログラムを開発し、反応の活性化障壁と頻度因子をパラメータとして実験を再現する値を求める。得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初予定していた真空部品の設計が間に合わなかったため。令和4年度にその部品の購入に使用する。
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