卑金属サブナノ粒子の合金化による触媒機能増幅

通过贱金属亚纳米颗粒合金化增强催化功能

• 批准号: 22KJ1315
• 负责人: 森合 達也
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1315/
• 关键词: デンドリマー; サブナノ粒子; ニッケル; 環境浄化型触媒; メタンのドライリフォーミング反応; 第四周期元素

比較的安価で市場規模が大きい卑金属元素であるニッケルに着目し、従来の貴金属材料の代替となるような環境浄化型触媒の開発を行った。初めに、当研究グループが独自に開発した樹状高分子であるデンドリマーを用いた鋳型合成法により、4種類の核数を持つニッケルサブナノ粒子の合成を達成した。次に、これらをメタンのドライリフォーミング反応の触媒として応用し、ニッケルのナノ粒子やバルクとの性能比較を行った。結果として、本反応の昇温実験において、28核ニッケルサブナノ粒子が最も低い反応開始温度を示し、これが熱力学的平衡計算で得られた理論的限界値と一致するほどであることも判明した。実際に、この際の反応における活性化エネルギーを算出した結果、1 kcal/molを下回っていることが明らかとなり、従来触媒と比べて活性化障壁を格段に下げることに成功した。この成果から、触媒を原子レベルで適切にデザインすることで反応に最適なサイトが形成し、卑金属でさえ活性を最大限まで向上させることが可能であることが示された。続いて、卑金属元素の拡張を目指し、ニッケル以外にもチタンから亜鉛までの計9種類の第四周期元素において、サブナノ粒子の合成を行った。結果的に、全ての元素間で錯形成挙動を統一することに成功し、これに伴い、統一条件における9種類の第四周期金属サブナノ粒子の合成に成功した。さらに、この条件を用いることで、多元素合金サブナノ粒子の合成も達成した。

专注于镍是一种相对便宜且市场尺寸较大的碱金属元素，我们开发了一种环保催化剂，可以用作传统贵金属材料的替代品。首先，我们通过使用模板合成方法使用树状聚合物（一种由我们的研究组独立开发的树突聚合物），通过使用模板合成方法来实现与四种核的合成。接下来，将它们用作甲烷干燥反应的催化剂，并将其与镍纳米颗粒和散装进行比较。结果，还发现在该反应的温度升高实验中，28-核镍亚纳米颗粒表现出最低的反应起始温度，这与热力学平衡计算获得的理论极限一致。实际上，计算了该反应中的激活能，并且发现它低于1 kcal/mol，并且与常规催化剂相比，它成功地显着降低了激活屏障。该结果表明，原子水平的适当催化剂设计可以形成对反应最佳的位点，甚至碱金属也可以在最大程度上改善其活性。接下来，为了扩展碱金属元素，我们除镍外，还以九种类型的第四类周期元素（包括钛到锌）合成了亚纳米颗粒。结果，我们成功地统一了所有元素之间的复杂形成行为，因此，在统一条件下，我们成功地合成了九种类型的第四类金属亚纳米颗粒。此外，使用这种条件，还实现了多元素合金亚纳米颗粒的合成。