無電解めっき法を用いたアンモニア分解用金属微粒子触媒のナノプロセッシング

化学镀法纳米加工氨分解金属颗粒催化剂

基本信息

批准号：
22K14495
负责人：
大藏要
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

活性な金属微粒子を酸化物等に担持した金属担持触媒はエネルギー変換技術におけるキーマテリアルである。触媒金属には高活性な貴金属が多用されているが、希少性の観点より卑金属への代替が期待される。卑金属を用いた触媒の高性能化には、担持金属粒子の合金化による電子状態制御、または微細化・高分散化による活性場面積の増加が求められるが、従来の触媒調製法ではそれらを達成することが困難である。本研究では、卑金属合金粒子の形成を精密に制御した金属担持触媒の新規調製法として、無電解めっき法によるナノスケール金属形成プロセスの適用を検討する。具体的には、めっき金属粒子の組成・粒径・分布を制御する因子の解明、めっき金属の電子状態・結晶構造と触媒作用の相関性の解明、性能向上に向けた金属微粒子の析出状態の最適化について検討し、得られた触媒を、水素製造（アンモニア分解）用触媒として評価することで、その実用可能性を検証する。本年度は、めっき金属にNiを、担体に種々の金属酸化物を選択し、金属Ni粒子の分散状態に寄与する因子を解明するため、めっき金属の析出起点であるPd核の形成過程に着目した。担体をPd溶液中に分散させ、Pd核を担体表面に形成する際、その浴組成を溶存イオン種が安定に存在できる領域に保持することで、核の表面密度を一定程度調節可能であることを確認した。適切な浴組成を選択し、核の表面密度を変化（＝金属析出サイト数を変化）させることで、各々のサイトにおける粒成長速度も変化するため、粒径の異なる金属Ni粒子を比較的均一に分散析出できることを電子顕微鏡による形態観察で確認した。一方、調製した触媒を用い、高温環境下でアンモニア分解活性試験を行ったところ、析出粒子の分散状態が必ずしも性能と相関しないことが明らかとなった。

金属支撑的催化剂，其中有活性金属细颗粒在氧化物或类似上是能量转化技术的关键材料。高活性的高贵金属在催化金属中经常使用，但是就稀有性而言，可以预期可以替代碱金属。为了使用碱金属提高催化剂的性能，有必要通过将支撑的金属颗粒合金控制电子状态，或通过微型化和高度分散来增加活动场面积，但是很难通过常规的催化剂制备方法来实现这一目标。在这项研究中，我们将研究使用电镀作为纳米级金属形成过程的应用，以便精确控制碱金属合金颗粒的形成，以制备金属支撑的催化剂。具体而言，我们将研究控制板岩金属颗粒的组成，粒度和分布的因素，阐明电子状态与板岩金属和催化作用的晶体结构之间的相关性，并优化金属颗粒的降水状态以提高性能，并评估所获得的催化剂作为氢生产的催化剂（Ammonia Decomptions）的催化剂，并验证其实用的实用性。在今年，我们选择了Ni作为镀金金属和各种金属氧化物作为载体，为了阐明有助于金属Ni颗粒分散状态的因素，我们专注于PD核的形成过程，这是镀金金属沉积的起点。当载体分散在PD溶液中并在载体表面形成PD核时，可以通过在溶解离子物种可以稳定存在的区域中握住浴室组合物来在一定程度上调节核的表面密度。通过选择适当的浴缸组合物并改变核的表面密度（=改变金属沉淀位点的数量），每个位点的晶粒生长速率也会发生变化，因此，电子显微镜观察的形态学观察结果证实，具有不同颗粒大小的金属Ni颗粒可以分散并相对均匀。另一方面，当使用制备的催化剂在高温环境下进行氨分解活性测试时，据显示，沉淀颗粒的分散状态不一定与性能相关。