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

金属配合物高压高温处理开发高负载、分散良好的过渡金属碳化物催化剂

基本信息

批准号：
22KJ0083
负责人：
山根伊知郎
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

In recent years, the carbonization process has become a substitute material for platinum catalyst. The performance of the catalyst is improved, and the micronization of the catalyst particles is important. WC has high hardness, and the method of obtaining fine particles is limited. This study is aimed at the suppression of atomic dispersion under high pressure. Specifically, the synthesis of WC particles/carbon composites is indicated by the atomic dispersion of metals, such as complexes and organometallic compounds, and the thermal decomposition of precursors under ultra-high pressure. The author plans to make a preliminary study of the relationship between the two systems. This precursor is a commercially available organic start-up compound called W(C5H5) 2Cl2. For the first time, the WC synthesis of these compounds was possible with 5 GPa of pressure and heating in situ powder X-ray reflection measurement at SPRing-8, a large radiometric facility. As a result, W(C5H5) 2Cl2 was decomposed during heating and WC was generated. Compared with the thermal decomposition of chemical compounds in vacuum, WC is produced by thermal decomposition of metals. The next step is to test the sample composition of the sample. The results of DAC are different from those of other products. The reason for this is that the DAC is not heated, the maximum temperature is reached, the temperature is increased, the sample is tested, and the air contact is affected. The influence of air in the process is low, and the precursor powder is molded under non-high-pressure conditions, and the sealing of Al containers is carried out under high temperature and high pressure. The results of the XPS analysis were as follows: