Operando ME分光に立脚した固体触媒反応場の設計と創出

基于Operando ME光谱的固体催化剂反应场设计与创建

基本信息

批准号：
20KK0111
负责人：
鳥屋尾隆
金额：
$ 11.98万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-10-27 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Modulation Excitation (ME)法は分光法におけるシグナル/ノイズ(S/N)比を劇的に向上させ、物理・化学現象の動的過程に関与する種を選択的に解析することのできる強力な手法である。本研究では、このME分光と、触媒動作条件下で触媒の分光学的評価と触媒活性・選択性の測定を同時に行う手法と定義されているOperando観測とを組み合わせることで二酸化炭素の水素化反応や排ガス浄化反応の機構研究を行い、触媒反応場の設計指針確立を目指している。2022年度は、既存触媒について、XAS、IR分光を用いて機構解析を行った。特に、ME分光とPhase-Sensitive Detection(PSD)解析の組み合わせや、Multivariate Curve Resolution (MCR)解析を適用することで、反応には関与しない種(Spectator)に埋もれた真の活性種の状態を確認した。Re/TiO2を用いたCO2水素化反応では、Re金属クラスター/ナノ粒子と、単核のRe種の両方が協奏的に働くことで反応が進行していることを明らかにした。加えて、理論計算からも重要な知見を得た。現代の計算化学で一般的に用いられる手法は、温度や圧力等の条件を考慮しないため、物質のダイナミクスが重要となる触媒分野、特に、本課題のように高圧条件下で活性種の動的挙動捉える必要のある研究では反応条件を加味した計算が必須となる。そこで本研究では反応雰囲気や温度の影響を計算結果に導入できる第一原理熱力学法、マイクロキネティクスモデリング等を活用することで実条件に即した理論計算を行った。

调制激发（ME）方法极大地改善了光谱法中的信号/噪声（S/N）比，并且是一种强大的方法，可以选择性地分析涉及物理和化学现象动态过程的物种。这项研究旨在通过将这种ME光谱与Operando观察相结合，研究二氧化碳氢化和废气纯化反应的机制，该观察被定义为同时对催化工作条件下催化剂进行光谱评估的方法，并为催化活性和催化性和选择性和设计猫反应的指南。在2022财年，使用XAS和IR光谱法对现有催化剂进行了机械分析。特别是，通过应用ME光谱和相位敏感检测（PSD）分析和多元曲线分辨率（MCR）分析的组合，即埋在反应中不涉及的物种中的真正活性物种的状态（观众）。在使用RE/TIO2的CO2氢化反应中，揭示了RE金属簇/纳米颗粒和以协同方式作用的单核RE物种进行的反应。另外，从理论计算中获得了重要的见解。现代计算化学中通常使用的方法不考虑温度和压力等条件，因此考虑到反应条件的计算在催化剂领域至关重要，在该催化剂领域，在此研究中，尤其是在高压条件下活性物种的动态行为（例如在该受试者中）的研究。因此，在这项研究中，理论计算是根据实际条件来通过使用第一原理的热力学方法，微动力学建模等进行的，这些方法可以将反应气氛和温度的效果引入计算结果中。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Paul Scherrer Institute(スイス)

保罗谢勒研究所（瑞士）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Mechanism of NH3-Selective Catalytic Reduction (SCR) of NO/NO2 (Fast SCR) over Cu-CHA Zeolites Studied by In Situ/Operando Infrared Spectroscopy and Density Functional Theory

DOI：
10.1021/acs.jpcc.1c06651
发表时间：
2021-09-30
期刊：
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
影响因子：
3.7
作者：
Liu, Chong;Malta, Grazia;Shimizu, Ken-ichi
通讯作者：
Shimizu, Ken-ichi

デルフト工科大学(オランダ)

代尔夫特理工大学（荷兰）

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

機械学習を用いたCO2水素化触媒の開発とin situ/operando実験による作用機構調査

利用机器学习开发 CO2 加氢催化剂，并通过原位/操作实验研究作用机制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nozawa K;Fujihara Y;Devlin DJ;Deras RE;Kent K;Larina IV;Umezu K;Yu Z;Sutton CM;Ye Q;Dean LK;Emori C;Ikawa M;Garcia TX;Matzuk MM.;鳥屋尾隆
通讯作者：
鳥屋尾隆

The reducibility and oxidation states of oxide-supported rhenium: experimental and theoretical investigations

氧化物负载铼的还原性和氧化态：实验和理论研究

DOI：
10.1039/d2cp04784e
发表时间：
2022
期刊：
Physical Chemistry Chemical Physics
影响因子：
3.3
作者：
Ting Kah Wei;Mine Shinya;Ait El Fakir Abdellah;Du Pengfei;Li Lingcong;Siddiki S. M. A. Hakim;Toyao Takashi;Shimizu Ken-ichi
通讯作者：
Shimizu Ken-ichi