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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0111/
• 关键词: Modulation Excitation; 不均一系触媒; in situ/operando分光; Operando分光; 触媒反応場; 計算科学; オペランド分光; 放射光; X線吸収分光

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。

Modulation Excitation (ME) Method of spectroscopy におけるシグナル/ノイズ(S/N) 　　　　的に上させ、Physics・The dynamic process of chemical phenomena is related to the analysis of various kinds of selections and powerful techniques. This study focuses on the evaluation of ME spectroscopy, catalyst spectroscopy under catalyst operating conditions, measurement of catalyst activity and selectivity, simultaneous execution of techniques, and definition of Opera ndo Observation and Measurement とを Group み合わせることでDiacid carbon の Hydrogenation Reaction や Exhaust ガス Purification Reaction Mechanism Research を Line い, Catalyst Reaction Field の Design Guidelines Establishment している. In fiscal 2022, the existing catalysts, XAS, and IR spectrometers will be used for institutional analysis. Special, ME spectroscopy and Phase-Sensitive Detection (PSD) analysis group, Multivariate Curve Resolution (MCR) analysis is applicable to the application, reaction and detection of the species (Spectator), and the status of the true active species is confirmed. Re/TiO2 hydrogenated CO2 hydration reaction solution, Re metal クラスター/ナノ particle solution, The single core of the Re type of the concerto of the に働くことで濜が carries out the していることを明らかにした. The addition and theoretical calculation are important and the knowledge is gained. In modern computational chemistry, common conditions such as temperature, pressure, and force are considered, and the material and catalyst are important. Fields, special features, this topic is necessary to study the active species' activity under high pressure conditions and to calculate the reaction conditions and add flavor. In this study, the calculation results of the influence of temperature on the atmosphere were introduced into the first principles thermodynamics method, Macrotechnics can be used to theoretically calculate and use the conditions of することで実.

项目成果

Paul Scherrer Institute(スイス)

保罗谢勒研究所（瑞士）

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）

• 发表时间: 2019

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

• 发表时间: 2022
• 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

Promoting Effect of Basic Metal Additives on DeNOx Reactions over Pt-Based Three-Way Catalysts

• DOI: 10.1016/j.jcat.2022.10.018
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Journal of Catalysis
• 影响因子: 7.3
• 作者: Yuan Jing;Gang Wang;Shinya Mine;Jumpei Kawai;R. Toyoshima;H. Kondoh;Xiaorui Zhang;Shuhei Nagaoka;K. Shimizu;Takashi Toyao