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．

为了获得与仅使用通用金属的贵金属相同的催化性能，有必要以一致和互补的方式表达多个元素的功能。特别是，有许多研究示例的氧化催化剂和包含Cu作为候选物质的合金催化剂，Cu是表达无还原活性的重要元素。今年的研究集中于由包含CU的多组分系统组成的氧化物和金属，并为取代贵金属的催化剂设计了材料设计。新型的尖晶石型固体溶液CU0.05NI0.95AL1.8CR0.2O4（900°C，热处理25小时）显示出存在水蒸气的三向催化反应中没有降低活性，并且显示出比PT/Al2O3更高的CO/C3H6氧化活性。少量的Cu是不减少的必不可少的组成部分，Ni和Al的组合有效地增加了特定的表面积，从而增加了暴露于表面的不饱和不饱和CU物种的比例。 CR改善了水电偏移反应活性，所得的H2在存在水蒸气的情况下无需降低。还揭示了Ni和Cr的组合显示高C3H6氧化活性。红外光谱法（FTIR）和同位素无脉冲反应表明，Cu周围的氧缺陷在表面上以CO/C3H6氧化的形式产生，从而从Adderbed No中提取氧气。此外，含有Fe，Ni和Cu的金属催化剂表现出更高的无还原活性和稳定性。在反应气氛下温度升高期间，Fenicu的表面立即被氧化，但是在金属状态下，大多数Cu在600°C下以NICU合金的形式再生，保持了高无还原活性。另一方面，大多数FE被完全氧化，形成了Fe-Ni氧化物相。我们进行了与FTIR的无脉冲反应，以试图阐明无还原机制，结果，据估计，C3H6在Al2O3表面上的部分氧化吸附是通过Fe-Ni氧化物的共存促进的，而Fe-ni氧化物的共存是通过在NICUELOY ELLOY氧化物和一部分氧化量中的无反应进行的。

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