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2021 年度 実績報告書

ナノカーボン合成反応を利用したハイパー物質表面の状態解析と新奇触媒機能創出

公募研究

研究領域ハイパーマテリアル:補空間が創る新物質科学
研究課題/領域番号 20H05260
研究機関東北大学

研究代表者

亀岡 聡  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60312823)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードハイパーマテリアル合金 / ナノカーボン合成 / 新奇触媒材料 / 準結晶 / 近似結晶
研究実績の概要

本研究では、ハイパーマテリアルの代表格である準結晶・近似結晶合金の触媒材料への応用展開を目指し、表面構造と触媒特性(“実条件下”での)の相関性を評価・解析する手法として、ナノカーボン(カーボンナノチューブやカーボンナノファイバー等の総称)合成反応をプローブにすることを提案し、それを検証し次の成果を得た。(1)Al基準結晶試料での大気暴露における試料表面の酸化の影響が大きいことがわかった。その結果、以後、試料は全てAr雰囲気中のグローブボックス中で(試料粉砕 → 反応管への試料充填)取り扱い、大気に曝さずに反応器に取り付ける工夫を行った。(2)Al13Fe4準結晶粒(グローブボックス中で取扱った試料)において同一粒子内でナノカーボンが生成する部分としない部分が確認され、表面露出面によるナノカーボンの形成特性の違いが明らかとなった(ナノカーボン合成をプローブとする手法の有効性を検証)。(3)D-AlNiCo(Al70Ni15Co15 (at%);mono-grain)に対して、600oCで3hのC2H4処理を行うと直径約100nmの鎖状カーボンナノファイバーが生成し、主に2回軸方向の面から形成していることがわかった。これは2回軸方向の構造由来のNiとCoの濃度揺らぎや面間隔の粗密構造が炭素析出速度に影響を及ぼしていると考えている。また、CNF生成に関わる活性カーボン種の生成速度は反応条件にも非常に敏感であることが確認できた。(4)Icosahedral型P40-AlPd(Ru, Fe)近似結晶においてC2H2水素化反応(ナノカーボン合成とは温度域だけが異なる)を行うと市販のLindlar(Pd系)触媒を凌ぐ活性が得られ、この活性発現には、近似結晶を構成しているマッカイクラスター中に存在するAl2Pd (triangle site) が活性サイトになっていることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Catalytic Hydrogenation of C<sub>2</sub>H<sub>2</sub> over Amorphous CeNi<sub>2</sub>H<i><sub>x</sub></i> and Crystalline CeNi<sub>2</sub>: Effects of Hydrogen-Induced Amorphization and Oxidation2022

    • 著者名/発表者名
      Tsukuda Ryota、Ohhashi Satoshi、Xu Ya、Nishimura Chikashi、Kameoka Satoshi
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 63 ページ: 343~350

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High catalytic performance of Al?Pd?(Ru, Fe) icosahedral approximants for acetylene semi-hydrogenation2021

    • 著者名/発表者名
      Abe Keishi、Tsukuda Ryota、Fujita Nobuhisa、Kameoka Satoshi
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 ページ: 15296~15300

    • DOI

      10.1039/d1ra01958a

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NO + CO Reaction on Polycrystalline Palladium Foils with Specific Surface Crystallographic Orientation: A New Approach to Develop Foil Catalysts Based on Texture Control2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kenta、Kameoka Satoshi、Tsai An-Pang
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 62 ページ: 1089~1096

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021050

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Catalytic Activities of RENi<sub>5?<i>x</i></sub>Al<sub><i>x</i></sub> (RE = La, Er) and Low Activity of Mg<sub>2</sub>Ni Following Hydrogen Uptake: The Role of Absorbed Hydrogen2021

    • 著者名/発表者名
      Tsukuda Ryota、Kojima Takayuki、Xu Ya、Nishimura Chikashi、Kraj?? Marian、Kameoka Satoshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 125 ページ: 20919~20929

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c06484

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Heritage from Professor An Pang Tsai to the research field of metallic catalysis materials2021

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Kameoka
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica, Section A

      巻: A77 ページ: C660

  • [雑誌論文] HAADF-STEM observation of unique quasicrystalline precipitates from solid solution in Mg-Cd-Yb system2021

    • 著者名/発表者名
      Ohhashi Satoshi、Saitoh Koh、Kato Akira、Tsai An-Pang
    • 雑誌名

      Materials Characterization

      巻: 172 ページ: 110705~110705

    • DOI

      10.1016/j.matchar.2020.110705

    • 査読あり
  • [学会発表] Al-(Ni, Cu)-Co系二次元準結晶を用いた新規触媒機能創出2022

    • 著者名/発表者名
      加藤大暉,大橋諭,亀岡聡
    • 学会等名
      第26回準結晶研究会
  • [学会発表] Al-(Ni, Cu)-Co系二次元準結晶を触媒としたナノカーボン合成反応2022

    • 著者名/発表者名
      加藤大暉、 大橋諭、 亀岡聡
    • 学会等名
      日本金属学会2022 年春期講演大会
  • [学会発表] 遷移金属元素を微量ドープした単準結晶の作製2022

    • 著者名/発表者名
      大橋諭、 亀岡聡
    • 学会等名
      日本金属学会2022 年春期講演大会
  • [学会発表] Al-Pd-TM(TM=Ru, Fe)系準結晶、近似結晶の触媒材料への応用に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      附田良太, 阿部圭史,福島武, 藤田伸尚, 亀岡聡,
    • 学会等名
      第25回準結晶研究会
  • [学会発表] Al-Pd-TM(TM=Ru, Fe)系近似結晶触媒のアセチレン選択水素化反応特性2021

    • 著者名/発表者名
      阿部圭史、附田良太, 藤田伸尚, 亀岡聡
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春講演大会
  • [学会発表] Al-Pd-Ru系準結晶および近似結晶を前駆体としたラネー型Pd-Ru触媒の作製とその触媒特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      附田良太、福島武、藤田伸尚、亀岡聡
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春講演大会
  • [学会発表] Heritage from Professor An Pang Tsai to the research field of metallic catalysis materials2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kameoka
    • 学会等名
      IUCr2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Surface characterization of hypermaterials using nanocarbons synthesis reaction and creation of their novel catalytic functions (4)2021

    • 著者名/発表者名
      S. Kameoka, D. Kato, S. Ohhashi
    • 学会等名
      Materials Research Meetings (MRM2021)
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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