2019 Fiscal Year Annual Research Report
電場中での表面プロトニクスが拓く新規低温触媒プロセスの学理と応用
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17H01344
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
関根 泰 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20302771)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電場触媒反応 / プロトニクス / 吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電場印加時には，プロトン伝導は反応を促進させるのに重要な因子であることがここまでの検討でわかってきた。さらに，プロトン伝導は主に触媒の担体上で起こるため，担体中への異種金属ドープによって担体表面上のプロトン伝導，さらに電場中の活性を向上させることを狙った。CeO2に異種金属M（Ca, Ba, La, Y or Al）を少量ドープした担体上に1.0 wt%Pdを担持した触媒（以下1.0 wt%Pd/Ce1-xMxO2-δ, x = 0 or 0.1）を用いて，活性試験やキャラクタリゼーションを行った。Pd/CeO2とPd/Al-CeO2を比較すると，Pd/Al-CeO2の方が低温域での伝導度上昇分が大きく，また伝導度の絶対値も増加し，この上昇分はプロトン伝導の増加分に起因する。つまり，反応条件下では，Pd/Al-CeO2の方がPd/CeO2よりもプロトン伝導が大きい。よって，CeO2へのAlドープによってプロトン伝導が促進されるということが示された。プロトン伝導は，表面吸着した水分子のO-H伸縮結合の強さと，その吸着量という2つの因子によって評価される。結合が弱いほどプロトンは移動しやすくなり，吸着量が増えるほど移動するプロトンが増加するため，プロトン伝導は増加すると考えられる。そのため，Pd/CeO2とPd/Al-CeO2を用いてDRIFTS試験およびTGを行い，2つの因子をそれぞれ評価した。DRIFTSより，Pd/CeO2上に吸着した水分子のO-H伸縮結合の強さはPd/Al-CeO2上のものと同じであると考えられ，プロトンの移動のしやすさに大きな差はなかった。次に，TGより，Pd/Al-CeO2ではプロトン伝導が上昇した原因は，O-H伸縮結合が弱まったからではなく，Alドープによって水の吸着量が増加し，それに伴いプロトン伝導も上昇し，最終的に電場印加中での活性が向上した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
新たな学理を確立することができ、学会などからも多くの表彰を受けるなど、高い評価を頂いている。また、論文も数多く出版することができた。よって、計画以上の進捗であると自己評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これらの知見を基に、今後は、Pd/Al-CeO2よりも高活性を示す触媒探索を行い、表面プロトニクスがより起こりやすい物質を探索する。併せて、これまでの蛍石構造ではなく，ペロブスカイト構造を有する担体を用いた触媒探索と，高活性を示す要因の解明を同時に進める。
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