活性点立体構造と表面吸着種のオペランド複合計測による触媒反応機構の原子レベル解明

通过活性位点 3D 结构和表面吸附物质的操作组合测量，在原子水平上阐明催化反应机理

基本信息

批准号：
21H01802
负责人：
高草木達
金额：
$ 11.73万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、申請者が開発したオペランド偏光全反射蛍光XAFS法に加え、オペランド偏光変調赤外反射分光法を新たに開発することで、超高真空から大気圧までの圧力領域で、触媒反応中の金属活性点の電子状態・立体構造、表面吸着種の計測を可能とする複合オペランド表面計測システムを確立することである。さらに本手法を、自動車排ガス浄化の基幹反応として重要な、酸化物担持Pt触媒上でのCO酸化反応に適用し、反応中のPt活性点の電子状態（XANES）と立体構造（EXAFS）、COの吸着状態（赤外分光）を評価し、反応機構と活性支配因子を解明する。本年度は以下の2項目を実施した。(1) 昨年度、Pt/Al2O3(0001)触媒表面上CO酸化反応において、温度に依存して活性化エネルギーが変化することを見出した。本年度はCO2生成速度のCO/O2の分圧依存性を測定することで、各活性化エネルギーの温度領域がどのように変化するかを調べた。その結果、活性化エネルギーが変化する温度がCO/O2分圧によってシフトし、さらに活性化エネルギーが異なる3つの温度領域があることが明らかになった。この結果は、CO吸着状態（完全被覆、部分被覆）やPt表面の酸化状態によって反応機構が変化していることを示唆している。(2) オペランド偏光変調赤外反射分光法の開発に関して、昨年度テスト試料（金属基板上の勇有機薄膜）の真空中での計測に成功したが、本年度はセルを含めた光学系の最適化とガス存在下でのその場/オペランド測定の準備を進めた。

这项研究的目的是建立一个复杂的操作分配表面测量系统，该系统允许在压力中催化反应期间的电子状态，三维结构和表面吸附金属活性点的吸附物种，从超高真空压力到大气压力，通过开发新的操作数调节偏光型反射式偏光量，通过开发新的操作数调节偏光量来开发新的操作指数。 Furthermore, this method is applied to the CO oxidation reaction on an oxide-supported Pt catalyst, which is important as a core reaction for automobile exhaust gas purification, and the electronic state (XANES), 3D structure (EXAFS), and CO adsorption state (infrared spectroscopy) of the Pt active site during the reaction are evaluated, and the reaction mechanism and activity-controlling factors are elucidated.今年，实施了以下两个项目：（1）去年，我们发现活化能取决于PT/Al2O3（0001）催化剂表面的CO氧化反应的温度。今年，我们研究了每个激活能的温度范围如何通过测量CO2生成速率对CO/O2的依赖性而变化。结果，揭示了激活能量变化的温度随CO/O2的二压变化而变化，并且在三个温度区域中，激活能有所不同。该结果表明，反应机制取决于吸附状态（完整涂层，部分涂层）和Pt表面的氧化态。（2）去年，关于操作数偏振调制的红外反射光谱谱图，我们成功地测量了测试样品（金属底物上的高有机薄膜），但今年我们继续优化了包括电池在内的光学系统，并在存在气体的情况下进行原位/操作分量测量。

项目成果

期刊论文数量（25）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Cooperative Catalysis of Vibrationally Excited CO2 and Alloy Catalyst Breaks the Thermodynamic Equilibrium Limitation

DOI：
10.1021/jacs.2c03764
发表时间：
2022-07-21
期刊：
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
影响因子：
15
作者：
Kim, Dae-Yeong;Ham, Hyungwon;Nozaki, Tomohiro
通讯作者：
Nozaki, Tomohiro

Operando PTRF-XAFS technique for precise 3D structure determination of active metal sites in heterogeneous catalysis

Operando PTRF-XAFS 技术用于多相催化中活性金属位点的精确 3D 结构测定

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
R. Ma;A. Aditya;T. Linker;S. Fukushima;F. Shimojo;A. Nakano;R. K. Kalia;and P. Vashishta;Satoru Takakusagi
通讯作者：
Satoru Takakusagi

3D structure determination of active Pt clusters on an α-Al2O3(0001) surface during CO oxidation by operando PTRF-XAFS technique

通过操作 PTRF-XAFS 技术测定 CO 氧化过程中 α-Al2O3(0001) 表面活性 Pt 簇的 3D 结构

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
BANG Lu;TAKAKUSAGI Satoru;KIDO Daiki;SATO Yuta;XU Haoran;ASAKURA Kiyotaka
通讯作者：
ASAKURA Kiyotaka

オペランド偏光全反射蛍光XAFS法の開発による触媒反応中金属活性点の三次元構造解析

开发操作偏振全内反射荧光XAFS方法对催化反应过程中金属活性位点进行三维结构分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
高草木達;魯邦;城戸大貴;徐浩然;田旺帝;朝倉清高
通讯作者：
朝倉清高

Unraveling 3D structure of active metal sites on catalyst surfaces under working conditions by operando PTRF-XAFS technique

通过操作 PTRF-XAFS 技术揭示工作条件下催化剂表面活性金属位点的 3D 结构

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
庭野道夫;山口政人，岩田一樹，馬　騰，小宮麻希，但木大介，平野愛弓;Unraveling 3D structure of active metal sites on catalyst surfaces under working conditions by operando PTRF-XAFS technique
通讯作者：
Unraveling 3D structure of active metal sites on catalyst surfaces under working conditions by operando PTRF-XAFS technique