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2016 年度 実績報告書

金微粒子触媒における電気伝導特性と触媒反応機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 26286054
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

秋田 知樹  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 研究グループ付 (80356344)

研究分担者 前田 泰  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 主任研究員 (30357983)
田中 真悟  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 研究グループ長 (50357448)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード表面・界面 / 電子顕微鏡 / 計算科学
研究実績の概要

新規に開発した同時固相混合法を適用することで、Au-Ag/SiO2のような非常に活性の高い触媒系を見出し論文として発表した。
金微粒子―金属酸化物界面の微細構造に対してSTEMにより観察を進め、像シミュレーションと合わせて、Au/CeO2界面において界面に酸素が存在することを示した。電子線ホログラフィーでは粒子径に対する内部ポテンシャルの変化を測定したが、明瞭な変化を得ることはできなかった。Au/STOではCO酸化に対する活性を確認し、この系に関しても触媒活性が金粒子の周縁部の長さに比例していることを明らかにした。また、STO上の金粒子の結晶格子を詳細に調べ、界面付近では格子が縮んでいるのに対して、外側では膨張している傾向が見られた。
Au/TiO2(anatase)触媒について、第一原理計算手法を用いてAu/ TiO2界面の詳細な電子状態の解明に取り組んだ。金原子の吸着前後の差電荷密度と軌道占有数の変化分の解析から、金と酸素の間の反結合的な相互作用により、金と酸素のdz2やpzの各軌道から反結合相互作用を緩和するために電子が減少し、dxyやdx2-y2、pxやpy等の直行する面に分布を持つ軌道の電子が増加し、この相互作用により金は正電荷を帯び、酸素との間で静電的に安定すると考えられた。このような酸素との相互作用による金のd軌道の分極はd軌道からs軌道、p軌道への電子の昇位を容易にし、s、p 軌道との混成によりdxyやdx2-y2成分が関与する状態数が増えている事に対応し、金はTiへの配位結合をより強く起こすことがわかった。金のd軌道はTiO2 の伝導バンドよりもかなり低く位置しているので、Tiへの配位結合を実現するには s、p軌道の電子が必要となり、d電子の昇位とTiへの配位で安定化することから、O-Au-Tiの角度が 90 度に近い方が吸着は安定になることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] A Simultaneous Solid Grinding Method for the Preparation of Gold Catalysts2016

    • 著者名/発表者名
      前田 泰、田口 昇、秋田 知樹、香山 正憲
    • 雑誌名

      Catalysis Letters

      巻: 146 ページ: 2376 2380

    • DOI

      10.1007/s10562-016-1870-y

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] アナターゼTiO2(112)面への金単原子吸着のDFT計算2017

    • 著者名/発表者名
      多田 幸平、古賀 裕明、林 亮秀、奥村 光隆、田中 真悟
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜 横浜市
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] SSRMによる局所触媒活性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      前田 泰
    • 学会等名
      2016真空・表面科学合同講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場 名古屋市
    • 年月日
      2016-12-01
  • [学会発表] 同時固相混合法よって作製したAu-Ag バイメタル触媒のCO酸化活性2016

    • 著者名/発表者名
      前田 泰、田口 昇、秋田 知樹、香山 正憲
    • 学会等名
      第118回触媒討論会
    • 発表場所
      岩手大学 盛岡市
    • 年月日
      2016-09-23

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公開日: 2018-01-16  

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