ハイエントロピー触媒物質を用いる貴金属代替に関する研究

高熵催化剂材料替代贵金属研究

• 批准号: 21J11616
• 负责人: 平川 大希
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11616/
• 关键词: 多成分系スピネル酸化物触媒; 多成分系金属触媒; 三元触媒; 貴金属代替

汎用金属のみで貴金属と同等の触媒性能を発現するには，複数の元素の機能を協奏的かつ相補的に発現させる必要がある．特に，Cuを含む酸化物触媒および合金触媒は候補物質として数多くの研究例があり，CuがNO還元活性発現において重要な元素である．今年度の研究ではCuを含む多成分系から構成される酸化物および金属に着目して，貴金属代替触媒の材料設計に取り組んだ．新規スピネル型固溶体Cu0.05Ni0.95Al1.8Cr0.2O4(900 °C, 25 h熱処理)は水蒸気が共存する三元触媒反応でNO還元活性を発現し，Pt/Al2O3よりも高いCO/C3H6酸化活性を示した．少量含まれるCuはNO還元に必須の成分で，NiとAlの組み合わせは比表面積増加に有効で，表面に露出した配位不飽和Cu種の割合を高める．Crは水性ガスシフト反応活性を向上させ，その結果生成するH2は水蒸気存在下でのNO還元に寄与する．また，NiとCrの組み合わせで高いC3H6酸化活性を示すことが明らかになった．赤外分光(FTIR)と同位体NOパルス反応より，表面上でCO/C3H6酸化が先行して進行するにつれて生成するCu周辺の酸素欠陥が吸着NOから酸素を引き抜くことを実証した．また、Fe,NiおよびCuを含む金属触媒はさらに高いNO還元活性と安定性を示した．FeNiCuの表面は，反応雰囲気下での昇温中に直ちに酸化されるが，Cuの大部分は600 °CでNiCu合金として金属状態を再生し，高いNO還元活性を維持した．一方，Feの大部分は完全に酸化され，Fe-Ni酸化物相を形成した．FTIRと同位体NOパルス反応を行い，NO還元機構の解明を試みた結果，Fe-Ni酸化物の共存によってAl2O3表面へのC3H6の部分酸化吸着が促進され，NiCu合金上に吸着したNOと部分酸化吸着種との反応が金属-担体界面近傍で進行すると推定した．

为了表达与仅具有通用 - 可利用金属的贵金属相同的催化性能，有必要表达多个元素的多个元素。特别是，氧化物催化剂和含有CU的合金催化剂具有许多研究示例作为候选物质，而CU是无赎回活性的重要元素。在今年的研究中，我们专注于包括CU在内的多种组件组成的氧化物和金属，并为贵金属替代催化剂设计了材料设计。新的尖晶石-Type固体 - 溶剂CU0.05NI0.95AL1.8CR0.2O4（900°C，25 h热处理）在三个单位催化反应中无需降低活性，其中水蒸气均高于Pt/Al2o3，高于Pt/Al2o3，高于Pt/Al2o3比PT/Al2O3。含有少量的Cu是不减少的重要组成部分，Ni和Al的组合有效地增加了比率面积，并增加了暴露的分布式随机Cu物种的比率。 CR改善了基于水的气体转移反应活性，从而导致H2导致水蒸气的存在不减少。此外，还发现Ni和Cr的组合表现出很高的C3H6氧化活性。证明Cu周围的氧缺陷是作为CO/C3H6氧化产生的，在红外线光（FTIR）表面前进行了，并且无脉冲反应从吸收号吸收NO中取出氧气。含有Fe，Ni和Cu的金属催化剂显示出更高的无降低活性和稳定性。在反应气氛中的热量上升期间，Fenicu的表面立即被氧化，但是大多数Cu将金属状态恢复为NICU合金在600°C下，保持高无还原活性。另一方面，大多数FE被完全氧化并形成Fe-Ni氧化物。由于无法识别NO还原机制的结果，FTIR和NO还原机制的NO-Pulse反应促进了Fe-Ni氧化物的共存，而NICU合金的NO和一部分被吸附在上面NICU合金估计，与氧化物种的反应在金属定语界面附近进展。

项目成果

多成分酸化物の高温水素還元による触媒調製および構造変化

多元氧化物高温氢还原催化剂制备及结构变化

• 发表时间: 2022
• 作者: Goundar Jowesh Avisheik;Xiangyu Qiao;Suzuki Ken;Miura Hideo;宮原悠馬，平川大希，芳田嘉志，大山順也，町田正人
• 通讯作者: 宮原悠馬，平川大希，芳田嘉志，大山順也，町田正人

3d遷移元素から構成される複合金属粒子のNO還元活性

3D过渡元素复合金属颗粒的NO还原活性

• 发表时间: 2021
• 作者: Goundar Jowesh Avisheik;Xiangyu Qiao;Suzuki Ken;Miura Hideo;宮原悠馬，平川大希，芳田嘉志，大山順也，町田正人;西山昂志，平川大希，佐藤徹哉，芳田嘉志，大山順也，町田正人;Jowesh Avisheik Goundar;Jowesh Avisheik Goundar;宮原悠馬，平川大希，芳田嘉志，大山順也，町田正人
• 通讯作者: 宮原悠馬，平川大希，芳田嘉志，大山順也，町田正人

多成分系合金触媒の構造と三元触媒特性(3)

多元合金催化剂的结构及三元催化性能（3）

• 发表时间: 2021
• 作者: 平川大希;宮原悠馬;下川雄志;芳田嘉志;大山順也;町田正人
• 通讯作者: 町田正人

NO Reduction Activities of Multicomponent 3d Transition-Metal Nanoparticles

多组分 3d 过渡金属纳米粒子的 NO 还原活性

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuma Miyahara;Taiki Hirakawa;Hiroshi Yoshida;Junya Ohyama;Masato Machida
• 通讯作者: Masato Machida

多成分系スピネルおよびヘキサアルミネートの調製と構造

多元尖晶石和六铝酸盐的制备及结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Goundar Jowesh Avisheik;Xiangyu Qiao;Suzuki Ken;Miura Hideo;宮原悠馬，平川大希，芳田嘉志，大山順也，町田正人;西山昂志，平川大希，佐藤徹哉，芳田嘉志，大山順也，町田正人
• 通讯作者: 西山昂志，平川大希，佐藤徹哉，芳田嘉志，大山順也，町田正人