Development of high-loading and well-dispersed transition metal carbides catalysts by high pressure and high temperature treatment to metal complexes

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近年、炭化タングステンWCが白金系触媒の代替材料として注目されている。その触媒性能向上には触媒粒子の微細化が重要となる一方で、WCは高硬度であるため微粒子を得る方法はボトムアップ的手法に限られる。本研究では高圧下において原子の拡散が抑制される効果に着目した。具体的には、錯体や有機金属化合物等の金属が原子レベルに分散した前駆体を超高圧下で熱分解させてWCナノ粒子/炭素複合材料の合成を目指す。筆者は当初事前計画通りタングステン（V）ポルフィリン系錯体を前駆体とする予定であったが、既報の実験結果が再現できずこの錯体が合成できなかった。そこで前駆体を市販の有機タングステン化合物であるW(C5H5)2Cl2へと切り替えた。初めに、この化合物からのWC合成が可能であるかのスクリーニングのために、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いた5 GPa加圧下でのレーザー加熱実験およびin situ 粉末Ｘ線回折測定を大型放射光施設SPRing-8にて実施した。その結果、W(C5H5)2Cl2が加熱により分解してWCが生成することが確認された。なお比較としてこの化合物を真空中で熱分解させたところ、WCではなく金属タングステンが生成した。次に、マルチアンビル装置によるより大きなスケールでの試料合成を試みた。その結果DAC実験とは異なりタングステン酸化物の生成が確認された。この原因としては、マルチアンビル実験ではDAC実験でのレーザー加熱とは最高到達温度や昇温速度が異なることや、実験中の試料と空気の接触の影響等が考えられる。そこで実験中の空気の影響低減のため、非大気条件下で前駆体粉末の錠剤成型とAl製容器への封入を行ってから再度高温高圧実験を行った。この実験においてもタングステン炭化物は得られなかったが、XPS測定によりタングステンの酸化数の減少が確認されたため一定の効果はあったと考えられる。