単原子金属触媒形成によるCeO2不安定結晶面の安定化と新規触媒機能発現

通过形成单原子金属催化剂稳定不稳定的 CeO2 晶面并开发新的催化功能

• 批准号: 21KK0085
• 负责人: 横 哲
• 金额: $ 7.24万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-10-07 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21KK0085/
• 关键词: CeO2 (100); Pt-CeO2; 単原子触媒; 超臨界水熱合成; メタン改質; その場X線吸収分光; NSLS II; 第一原理計算; セリウム酸化物; 露出面制御; 超臨界水熱法; 単原子金属触媒; 触媒反応; 面制御ナノ粒子; 放射光; 超臨界有機修飾法

本研究課題では、金属触媒を高分散に金属酸化物ナノ粒子表面に担持する手法の開発を行っている。東北大学において、結晶面が制御されたセリウム酸化物（CeO2）ナノ粒子をグラムオーダーで作製する手法を検討した。流通式反応装置や回分式反応装置を用いて10 nm以下で、（100）面を露出したキュービック状の粒子を合成した。また、CeO2にCrやSmなどの異種元素をドープした粒子の合成を行った。合成した粒子について、CeO2の酸化還元度をコントロールすることで、高分散担持が実現することが分かった。酸化還元度を制御して合成したPt担持CeO2は、米国のグループに送付し、高温場でのDRIFT（拡散反射赤外分光）により、詳細にPt担持の化学状態を分析した。その結果、同じCeO2でも還元した状態でPtを載せた場合には化学状態が異なることが明らかとなった。さらに、研究代表者は、米国のBrook Heaven National LaboratoryのNSLS IIに出張し、Stonybrook Universityの共同研究者らと、メタン改質反応その場XAFS実験を行った。CeO2を還元前処理してから、Ptを担持したPt-CeO2は、酸化前処理をしたサンプルと比較し、高活性であり、かつ反応繰り返し特性にも優れていることが分かり、その際の化学状態の特徴がXAFSスペクトルにより明らかとなった。英国のグループと議論し、CeO2表面のモデルについて第一原理計算を行い、Ptの吸着エネルギーやPt周囲の酸素欠損生成エネルギーを取得した。以上のように、本年度は、オンライン会議やサンプルのやり取りを行うことに加えて、米国に一度渡航する機会を得て、研究を進捗させることができた。

在这个研究主题中，我们正在开发一种在高度分散的金属氧化物纳米颗粒表面上支撑金属催化剂的方法。在Tohoku University，我们研究了一种在革兰氏阶的制造具有控制晶体平面的氧化葡萄含量（CEO2）纳米颗粒的方法。使用流动型反应器或10 nm或更少的批处理反应器合成（100）表面暴露的（100）表面的立方颗粒。此外，将颗粒与CeO2掺杂，具有不同的元素，例如Cr和Sm。发现可以通过控制合成颗粒的CEO2的氧化程度和氧化还原的程度来实现高分散支持。通过控制氧化还原度的度量，将PT支持的CEO2送到了美国组，并通过在高温场中的漂移（弥漫反射反射红外光谱）详细分析了PT支持的化学状态。结果，揭示了当在降低的状态中施用PT即使使用相同的CEO2时，化学状态也有所不同。此外，首席研究人员前往美国布鲁克天堂国家实验室的NSLS II，并与Stonybrook University的共同研究人员进行了现场XAFS实验。与经过氧化预处理的样品相比，PT支持的CEO2预处理后，PT-CEO2具有高度活跃，并且具有出色的重复反应特征，并且此时的化学状态特性揭示了XAFS Spectrum。与英国的一组讨论，在CEO2表面模型上进行了第一原理计算，并获得了PT的吸附能和PT周围产生的氧空位。如上所述，除了今年进行在线会议和样本交流外，我们还有机会一次前往美国，从而使我们能够进步。

项目成果

Facet Engineering of Iron Oxide by Hydrothermal Organic Modification

水热有机改性氧化铁的面工程

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoko;A.;Watanabe;Y.;Seong;G.,Tomai;T.;Adschiri;T.
• 通讯作者: T.

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Supercritical hydrothermal synthesis of facet controlled iron oxide nanoparticles by organic modification

有机改性超临界水热合成晶面控制氧化铁纳米颗粒

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoko;A.;Watanabe;Y.;Seong;G.;Tomai;T.;Adschiri;T.
• 通讯作者: T.

University College London(英国)

伦敦大学学院（英国）

金属酸化物超微細ナノ粒子の連続水熱合成法開発

超细金属氧化物纳米粒子连续水热合成方法的开发

• 发表时间: 2023
• 作者: 横 哲;千葉 信孝;尾村 悠希;成 基明;笘居 高明;阿尻 雅文
• 通讯作者: 阿尻 雅文