複合的その場解析による不均一触媒の微視的反応メカニズムの研究

利用复杂原位分析研究多相催化剂微观反应机理

• 批准号: 14J03360
• 负责人: 豊島 遼
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J03360/
• 关键词: 不均一触媒; 放射光分光; 密度汎関数法; CO酸化反応; 金属ナノ粒子; 二元合金; 不均一触媒; 放射光分光; 密度汎関数法; CO酸化反応; 金属ナノ粒子; 二元合金

三元触媒は工場や自動車から排出されるガスに含まれる一酸化炭素(CO)等の有害な化学物質を、無害化する作用を持つ触媒であり、その内部には白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの白金族金属微粒子が含まれている。従来、固体表面上で進行する化学反応の観測は超高真空条件で行われてきた。一方で実際の触媒が作動する条件は大気圧であり、この圧力環境の違いが触媒作用に影響する可能性が指摘されてきた。私は大気圧に近い環境下で進行するCO酸化反応を観測できる準大気圧光電子分光を用いて、各触媒表面で進行する触媒反応メカニズムの解明に取り組んだ。本研究では、実在の三元触媒に近いと考えられる貴金属粒子における触媒反応に注目した。現実の触媒表面は常に大気に曝されており、酸化が深く進行された状態で存在していると考えられる。そこで、測定には大気圧条件で酸化されたRh微粒子を試料として用いた。酸化物上でどのように反応が進行するのかを検討するため、Rh酸化物に対して準大気圧でCOを暴露し、その反応(還元)過程についてその場観測を行った。結果、Rh酸化物の三次元的な分布やCOとの反応性などの知見を得ることが出来た。大気圧条件での酸化された触媒表面とCOの反応性をその場観測した例はなく、このような情報は実用触媒をデザインする上で有用であると考えられる。さらに、二元合金触媒上での触媒反応について検討した。合金化することで反応性が向上することは古くから知られており、アンサンブル効果と呼ばれているが、その原子レベルでの起源は明らかでない場合が多かった。本研究ではPd-金(Au)合金表面におけるCO酸化反応に注目し、Pd表面での結果と比較することでその起源の解明に取り組んだ。測定の結果、合金化により反応に寄与する表面上の化学種の存在割合が変化し、異なるメカニズムで反応が進行していることが明らかになった。

三向催化剂是具有分解有害化学物质的作用的催化剂，例如在工厂和汽车发出的气体中包含的碳一氧化碳（CO），并包含细铂金属颗粒，例如铂（PT），钯（PD）（PD）和Rhodium（Rh）。通常，在超高的真空条件下对固体表面上进展的化学反应观察。另一方面，催化剂工作的实际状况是大气压，并且已经指出，压力环境的这种差异可能会影响催化。我致力于阐明使用半气流光电子光谱在每个催化剂表面进行催化反应机制，这使我们能够观察到在接近大气压的环境下进展的CO氧化反应。在这项研究中，我们专注于贵金属颗粒中的催化反应，被认为接近实际的三向催化剂。实际的催化剂表面始终暴露于大气中，被认为存在于氧化进展的状态下。因此，对于测量结果，将在大气压下氧化的RH细颗粒用作样品。为了研究反应在氧化物上的进展，CO在亚气圈压力下暴露于RH氧化物，并在反应（还原）过程中进行原位观察结果。结果，我们能够获得诸如RH氧化物的三维分布和与CO的反应性等知识。在大气压力条件下，没有对氧化催化剂表面和CO的反应性的原位观察，并且该信息被认为在设计实用催化剂中有用。此外，研究了对二元合金催化剂的催化反应。长期以来，众所周知，合金提高了反应性，被称为集合效应，但其原子水平的起源通常是未知的。在这项研究中，我们专注于PD-Gold（AU）合金表面上的CO氧化反应，并通过将其与PD表面的结果进行比较来阐明其起源。测量结果表明，表面上有助于反应的化学物种的比例由于合金而改变，并且反应通过不同的机制进行。