| 研究実績の概要 |
本研究は，鉄酸化物の自立的レドックス機能を活かした物質変換システム群を構築することを目的としている。
平成２８年度は，前年度に開発した水性ガスシフト用の鉄酸化物構造体触媒（Ni-FeOx）へのアルカリ金属の添加効果について検討し，反応性評価や動力学測定を行なった。アルカリ金属の添加によりNi-FeOxの活性が大幅に改善され，第一イオン化エネルギーの小さなアルカリ金属ほど活性向上に有効であることがわかった。またアルカリ金属添加はメタン生成を抑制し，シフト選択性を向上させた。その理由を明らかにするためにNiについてXPS測定を行なった結果，その電子密度が増加していることがわかり，電子供与性の高いアルカリ金属ほど電子密度の増加が著しかった。動力学的観点から，この電子供与性の効果について検討したところ，電子供与性が高いアルカリ金属ほど鉄酸化物の格子酸素放出を伴うCO酸化が促進されることを明らかにした。
また，前年度に開発したプロパン脱水素に有効な鉄を含む遷移金属酸化物に対する硫酸種の担持効果を調査した。XRD, XPS, XAFS測定より，この担持硫酸種は格子硫黄まで反応中に還元され，反応の活性種として機能することを見出した。ここで得られた知見を，格子硫黄のレドックスに活用して硫化水素を含むプロパン脱水素反応に応用したところ，この脱水素プロセスに対して，鉄系触媒が高い活性を示し，担体の種類によって脱水素性能が大きく異なることがわかった。特に，シリカに担持した鉄系触媒は高選択的にプロピレンを生成し，表面格子硫黄を活用するレドックス型機構で反応が進行する知見を得た。またシリカ担持鉄触媒について表面局所構造や電子状態などの物理化学的特性を評価した結果，触媒上に鉄硫化物が形成されていることがわかった。この硫化物が活性サイトとして機能することを明らかにした。
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