金属ナノ粒子表面に生成した活性酸化物種の反応特性解明と触媒反応への応用

阐明金属纳米粒子表面生成的活性氧化物的反应特性及其在催化反应中的应用

• 批准号: 20K15094
• 负责人: 山本 悠策
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15094/
• 关键词: 担持ニッケル触媒; 金属ナノ粒子; in situ XAFS; 化学状態解析; 担持金属触媒; in situ XAFS法; 触媒反応メカニズム

触媒反応条件下において、担持金属粒子は酸化性あるいは還元性のガス雰囲気に曝されており、それらガス種との反応による化学状態変化が触媒性能に影響を及ぼす。とりわけ、金属化学種の状態変化によって発現する化学状態の不均一な分布状態が、性能発現および高活性化のキーファクターとなる。本実験課題では、担持金属触媒中での化学状態の不均一な分布状態の発現過程の解析、ならびに金属粒子表層に局在化した金属酸化物の反応特性の解明に取り組んだ。シリカ上にニッケル粒子を分散したシリカ担持ニッケル触媒について、基本的な酸化剤と還元剤である酸素と水素を用いた反応条件下でのニッケル化学種の化学状態変化をin situ XAFS法により追跡した。酸化ニッケルから金属ニッケルへの還元過程の途中では、酸化物化学種がシリカ担体との界面に局在化し、還元反応に対して安定化されることを明らかにした。一方で、金属ニッケルから酸化ニッケルへの酸化過程では、金属ニッケル粒子表層に酸化物化学種が局在化した状態を形成し、その後粒子表層から粒子内部に向かって酸化反応が進行するモデルを提唱した。金属ニッケルコアを持つ表層酸化ニッケルは、酸化ニッケル粒子に比べて水素による還元反応が低温で進行し、酸素放出能に優れることが明らかになった。また、表層酸化ニッケルの厚みを厚くすることで、還元反応温度が変化することを見出した。同様に還元剤として一酸化炭素やメタンを用いた場合においても、優れた酸素放出能を示すことが明らかとなり、これら反応ガス種の酸化反応に対して高い活性を示す可能性が見いだされた。粒子サイズや酸化物化学種の割合を変えて、その酸化還元反応を系統的に解析することで、シリカ上のニッケル化学種の酸化還元挙動を詳細に解明した。これらの成果は、ニッケル化学種の酸化還元反応を介して進行する触媒反応系の高性能化に向けた重要な知見となる。

Catalyst under the condition of the 応 に お い て, bear a metal particle は acidification あ る い は also yuan sex の ガ ス 雰 囲 気 に exposure さ れ て お り, そ れ ら ガ ス kind と の anti 応 に よ る chemical state - に が catalyst performance influence を and ぼ す. と り わ け, metal chemical kinds の state - に よ っ て 発 now す る chemical state の heterogeneity distribution state が な, performance 発 now お よ び highly reactive chemical の キ ー フ ァ ク タ ー と な る. This be 験 subject で は, bear a metal catalyst in で の chemical state の heterogeneity distribution state の な 発 is の analytic process, な ら び に metal particle surface に bureau in turn し た metal acidification non-grid の anti 応 の interpret に group take り ん だ. On シ リ カ に ニ ッ ケ を ル particles dispersed し た シ リ カ bear hold ニ ッ ケ ル catalyst に つ い て, basic な acidification tonic と yuan also tonic で あ る acid element と water element を use い た under the condition of the 応 で の ニ ッ ケ ル chemical の chemical state - the を in situ XAFS method に よ り tracing し た. Acidification ニ ッ ケ ル か ら metal ニ ッ ケ ル へ の is の way yuan process で は, acidification biochemistry が シ リ カ supporter と の interface に bureau in し, yuan against 応 に し seaborne て stabilization さ れ る こ と を Ming ら か に し た. Party で, metal ニ ッ ケ ル か ら acidification ニ ッ ケ ル へ の acidification process で は, metal ニ ッ ケ ル particle surface に acidification in the biochemistry of が bureau し た state を し, そ の particle surface after か ら particle internal に to か っ て acidification anti 応 が for す る モ デ ル を mention sing し た. Metal ニ ッ ケ ル コ ア を hold つ surface acidification ニ ッ ケ ル は, acidification ニ ッ ケ に ル particles than べ て water element に よ る also yuan against 応 が cryogenic で し, acid element can emit に optimum れ る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, surface acidification ニ ッ ケ ル の thick み を thick く す る こ と で, also yuan が 応 temperature variations change す る こ と を shows し た. With others in に yuan also tonic と し て a acidification carbon や メ タ ン を with い た occasions に お い て も, superior れ た acid element can emit を shown す こ と が Ming ら か と な り, こ れ ら anti 応 ガ ス kind の acidification anti 応 に し seaborne て high を shown possibility す が see い い activity だ さ れ た. Particle サ イ ズ や acidification of biochemistry of の cut close を - え て, そ の acidification and yuan against 応 を system analytical す に る こ と で, シ リ カ on の ニ ッ ケ ル chemical kind の acidification is yuan 挙 を detailed に interpret し た. こ れ ら の results は, ニ ッ ケ ル chemical kind の acidification and yuan against 応 を interface し て in す る catalyst against 応 is の high performance-based に け た important な knowledge と な る.

项目成果

触媒反応条件下におけるシリカ担持Ni粒子の化学状態変化のXAFS法による解析

XAFS 法分析催化反应条件下二氧化硅负载 Ni 颗粒的化学状态变化

• 发表时间: 2021
• 作者: 杉木創;二井手哲平;戸谷吉博;清水浩;菅原勇貴;山本悠策
• 通讯作者: 山本悠策

Oxidation Reaction of Ni Particle with Heterogeneous Distribution for Oxidation State of Ni

Ni氧化态不均匀分布的Ni颗粒的氧化反应

• 发表时间: 2020
• 期刊: Memoirs of the SR Center Ritsumeikan University
• 作者: Shunsuke Osaka;Yusaku Yamamoto;Misaki Katayama;and Yasuhiro Inada
• 通讯作者: and Yasuhiro Inada

Chemical State Analysis on Ni Species Supported on Carbon During Electrochemical Reduction Process

电化学还原过程中碳负载镍形态的化学状态分析

• 发表时间: 2021
• 期刊: Mem. SRCenter Ritsumeikan Univ
• 作者: Takaya Ishida;Takuya Tsuji;Hirona Yamagishi;Yusaku Yamamoto;Misaki Katayama;and Yasuhiro Inada
• 通讯作者: and Yasuhiro Inada

Reduction Property of NiO Species on Metallic Ni Core under CH4 Atmosphere

CH4气氛下金属镍核上NiO物种的还原特性

• 发表时间: 2020
• 期刊: Photon Factory Activity Report 2019
• 作者: Yusaku Yamamoto;Hitoe Nonobe;Shusuke Osaka;Shinji Okamoto;and Yasuhiro Inada
• 通讯作者: and Yasuhiro Inada

Chemical State Conversion of Silica-Supported Ni Catalyst Under Catalytic Reaction Conditions

催化反应条件下二氧化硅负载镍催化剂的化学态转化

• 发表时间: 2020
• 作者: Yusaku Yamamoto;Misaki Katayama;and Yasuhiro Inada
• 通讯作者: and Yasuhiro Inada