| 研究課題/領域番号 |
25286003
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
辻 正治 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (30038608)
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| 研究分担者 |
吾郷 浩樹 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (10356355)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 複合ナノ微粒子 / コア・シェルナノ微粒子 / マイクロ波合成 / 水素発生触媒 / ギ酸 |
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| 研究実績の概要 |
近年、多元系金属ナノ微粒子は一元系微粒子とは異なる優れた特性を示すことから、その合成法の開発と応用に関する研究が活発に行われている。本研究では世界に先駆けて新規三元系コア・シェル微結晶のサイズ・形状選択的合成し、それを新規触媒材料として応用することを目的とした系統的研究を実施している。本年度は主に以下の二つの研究を実施した。
（１）Au@PdAg@Agナノロッドの合成と結晶成長機構
Au-Pd-Ag三元系コア・シェルナノナノロッド微粒子の合成を試みた。Auナノロッド存在下でPdイオンを還元させてAu@Pdナノロッドを合成した。その後Agイオンを還元すると60oCという低温でPd-Ag間で自発的合金化が起こりAu@PdAgナノロッドが生成した。その後さらにAgイオンの還元を続けると三層コア・シェル構造を有するAu@PdAg@Agナノロッドが生成した。STEM, STEM-EDS, XRD分析から自発的合金化はAuロッド存在下でのPdの格子歪によることを見出した。
（２）AgPd@Pd/TiO2触媒のマイクロ波(MW)合成とギ酸分解による水素発生触媒への応用
AgPd@Pd/TiO2触媒は3段階のMW加熱で合成した。最初にアナターゼ型TiO2微粒子をMW照射下、チタンイソプロポキシドの加水分解反応で合成した。次にTiO2存在下、AgPd@Pd/TiO2微粒子触媒をPd, Ag塩溶液の2段階MW加熱で合成した。得られた各触媒の構造、組成、表面物性をTEM, STEM, STEM-EDS, XRD, XPSにより精密解析した。合成した触媒は室温で、既報の触媒と比較して、2-4倍高いギ酸分解による水素発生触媒能を有することがわかった。
上記の研究成果は米国、英国化学会の国際雑誌で報告した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、新規三元系コア・シェル微結晶のサイズ・形状選択的合成し、それを新規触媒材料として応用することを目的に研究を実施した。
その結果Au@PdナノロッドのPdシェル層の格子歪により第三層のAg層が自発的合金化してAu@PdAg@Agナノロッドが生成すること並びに新規AgPd@Pd/TiO2触媒をマイクロ波合成し、世界最高性能の水素発生触媒能を有することを見出した。
これらの研究成果を米国化学会や英国化学会の国際誌で発表した。よって本研究は当初の計画以上に進展していると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果をさらに発展させることを目的に最終年度は新規Au@PdナノロッドとAg微粒子の室温混合による自発的合金化によるAu@PdAg微粒子の合成とその合金化機構の解明及びAgPd@Pd/TiO2, Ag@Co@Pd/TiO2触媒の合成とギ酸分解による室温水素発生触媒への応用に関する研究を実施する計画である。さらにコア・シェル微結晶のカーボンナノチューブやグラフェン表面上での配列合成と新規触媒材料として応用を目指したい。
最後に三年間の本研究で得られた結果を総括し、コア・シェル型複合金属ナノ微結晶の核生成と成長機構を解明し、面心立方結晶の成長機構と構造制御に関する基礎的知見を得るとともに、マイクロ波加熱を用いるポリオール法を次世代複合金属ナノ材料の合成と応用の分野における新手法として確立するための課題を明らかにする計画である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
これまでの2年間の研究で世界最高のギ酸分解水素発生触媒性能を有するAgPd@Pd/TiO2微粒子の合成に成功した。次年度はこの触媒性能をさらに向上させることを主目的として研究を継続する計画である。1,2年度はこの触媒の合成を担当する研究員を所属する研究所の経費で雇用することができた。最終年度である3年度は研究所のこの研究員に対する雇用費のサポートは打ち切られることがわかった。そのため最終年度の研究を円滑に行うためには本予算で研究員の雇用費を支出する必要があることが判明したため、H26年度において物品費や旅費の使用を抑制した。ただし業績欄に記載したように2年度終了時点で当初の予想を超える高い研究業績を得ることができた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度は過去2年間の研究で合成に成功したAgPd@Pd/TiO2触媒の性能向上以外に新規にAg@Co@Pd微粒子触媒の合成を計画している。そのため次年度使用額は主として本研究に専念する研究員の雇用費として使用する計画である。
これにより実用化を視野に入れた世界最高性能を有するギ酸分解による水素発生用コア・シェル型複合ナノ微粒子触媒の開発研究が加速されることが期待される。
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