サブナノ金属超微粒子を用いた量子ドット触媒の創製

使用亚纳米金属超细颗粒创建量子点催化剂

基本信息

批准号：
21656177
负责人：
佐々木一成
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu 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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656177/
关键词：
燃料電池水素触媒・化学プロセスセラミックス無機工業化学

项目摘要

金属超微粒子が数ナノからサブナノ領域に入ると、電子の局在化など、電子物性が変化することが広く知られている。このような電子物性の変化によって、電子が関与する(電極)触媒反応にも影響が出ることが十分に予想されるが、特にサブナノ領域での極超微粒子を実際に作製することは困難である。そこで本研究では、当研究室が開発改良した「コロイド同時担持法」をベースにコロイド調製プロセスを開発した。これらのコロイド調製条件を変えて、白金などの金属コロイドの核生成と核成長を制御し、金属極超微粒子用のコロイド調製プロセスを確立した。カーボン担体表面に生成したコロイドを限りなく高分散させるには、コロイド核の吸着サイトを設計し、そのサイトにコロイド核をイオン交換に近い形で結合させることが重要な指針となる。担体の作製法などを変えて、超高分散が可能になった。また、担体表面に高分散した金属コロイドを高温で水素雰囲気などで還元して初めて、メタルの金属微粒子が生成するが、この処理において、酸化物担体の場合、ドープによって粒成長が抑えられ、結果的に高表面積の担体を作ることが可能になり、それが触媒微粒子金属の凝集を抑制できることが明らかになった。さらに量子効果を調べるために、各種担体上に担持した白金微粒子のXPS測定を行った。その結果、明確なサイズ効果による化学シフトがあることがわかった。担体の違いによる相互作用の違いについては、より詳細な検討が必要であり、今後とも地道に研究を継続したいと考えている。本研究では、実用を見据えてこれらの担持触媒の多孔構造体の作製にも成功した。

众所周知，当超细金属颗粒进入纳米至亚纳米范围时，它们的电子特性（例如电子局域化）会发生变化。完全可以预料，这种电子性质的变化也会影响涉及电子的（电极）催化反应，但实际上很难产生超细颗粒，尤其是在亚纳米区域。因此，本研究在本实验室开发和改进的“胶体同时加载法”的基础上，开发了胶体制备工艺。通过改变这些胶体制备条件，我们控制了铂等金属胶体的成核和生长，建立了超细金属颗粒的胶体制备工艺。为了实现在碳载体表面形成的胶体的极高分散性，一个重要的指导方针是设计胶体核的吸附位点并以类似于离子交换的方式将胶体核键合到这些位点。通过改变载体的制造方法，超高色散成为可能。此外，细小的金属颗粒仅通过在高温氢气氛中还原载体表面上高度分散的金属胶体来产生，但在此过程中，对于氧化物载体，通过掺杂抑制晶粒生长，导致现在已经可以制作具有高表面积的载体，并且已经清楚这可以抑制催化剂金属微粒的聚集。此外，为了研究量子效应，我们对各种载体上负载的铂颗粒进行了 XPS 测量。结果发现，由于明显的尺寸效应而存在化学位移。由于载体的不同而导致的相互作用的差异需要更详细的研究，我们希望在未来继续稳定的研究。在这项研究中，我们还成功地制造了这些负载型催化剂的多孔结构以供实际使用。