規則合金ナノ触媒の創製

有序合金纳米催化剂的制备

基本信息

批准号：
21655018
负责人：
山内美穂
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

化学プロセスにおける"省エネルギー化"が環境問題解決の鍵であり、高性能触媒の開発は急務の課題である。ナノメートルサイズの合金は触媒として優れた性質を示すが、更なる高性能化には、金属配列、幾何構造の原子レベルでの精密な設計が求められる。しかし、金属が規則的に配列した規則合金のナノ粒子を得るのは困難であり、ましてや触媒へ適応された例は皆無である。本研究では直径数ナノメートル程度の"規則合金ナノ粒子触媒"を創製し、高性能触媒の探索を行う。本研究で、比較的強い還元剤である無機水素化物を用いて低温で合成した結果、不規則bcc型のナノ合金の生成が確認された。さらに、水素吸蔵・放出プロセスを利用することによりCuPd合金ナノ粒子の低温での規則化に成功した。通常、CuとPdバルク合金の規則化には600度以上の加熱処理が必要であるが、低温で処理できたため、粒子間の凝集は観測されず、水素印加処理法はナノ合金の構造制御に極めて有効な方法であることがわかった。液相還元法により調製したCuPdナノ合金をTiO_2に担持させた触媒(CuPd/TiO_2)を作製し、硝酸還元反応に適用した。CuPd/TiO_2は光水分解水素発生触媒として、通常、高い触媒特性を示すPdよりも高い活性を示した。さらに、光水分解により触媒表面上で発生する発生期の水素を用いて硝酸還元を行ったところ、硝酸イオンが効率的に還元され、かつ高選択的にアンモニアが生成することが明らかになった。これは、Pd,Ptなどの単純金属や従来法で作製したCuPd触媒にはみられない性質であり、原子レベルで良く混合したCuPdナノ合金に特有の性質であると考えられる。

化工过程“节能”是解决环境问题的关键，高性能催化剂的开发是刻不容缓的问题。纳米合金作为催化剂表现出优异的性能，但进一步提高其性能需要在原子水平上精确设计金属排列和几何结构。然而，很难获得金属规则排列的有序合金纳米粒子，并且没有将其应用于催化剂的例子。在这项研究中，我们将制造直径为数纳米的“有序合金纳米颗粒催化剂”，并寻找高性能催化剂。在这项研究中，我们证实了使用无机氢化物（一种相对较强的还原剂）进行低温合成的结果，形成了无序 BCC 纳米合金。此外，通过利用吸氢/解吸过程，我们成功地在低温下有序化了CuPd合金纳米颗粒。通常，订购Cu和Pd块体合金需要600度或更高的热处理，但由于处理是在低温下进行的，因此没有观察到颗粒之间的聚集，并且氢施加方法对于控制纳米合金的结构是有效的事实证明这是一个极其有效的方法。制备了液相还原法制备的CuPd纳米合金负载于TiO_2上的催化剂(CuPd/TiO_2),并将其应用于硝酸还原反应。 CuPd/TiO_2作为光水分解制氢催化剂表现出比Pd更高的活性，而Pd通常表现出较高的催化性能。此外，当使用通过光水分解在催化剂表面上产生的初生氢进行硝酸盐还原时，表明硝酸盐离子被有效还原并且以高选择性产生氨。这是 Pd 和 Pt 等简单金属或通过常规方法制备的 CuPd 催化剂中所没有的性质，并且被认为是在原子水平上充分混合的 CuPd 纳米合金所独有的性质。