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無電解めっき法を用いたアンモニア分解用金属微粒子触媒のナノプロセッシング

化学镀法纳米加工氨分解金属颗粒催化剂

基本信息

批准号：
22K14495
负责人：
大藏要
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

活性な金属微粒子を酸化物等に担持した金属担持触媒はエネルギー変換技術におけるキーマテリアルである。触媒金属には高活性な貴金属が多用されているが、希少性の観点より卑金属への代替が期待される。卑金属を用いた触媒の高性能化には、担持金属粒子の合金化による電子状態制御、または微細化・高分散化による活性場面積の増加が求められるが、従来の触媒調製法ではそれらを達成することが困難である。本研究では、卑金属合金粒子の形成を精密に制御した金属担持触媒の新規調製法として、無電解めっき法によるナノスケール金属形成プロセスの適用を検討する。具体的には、めっき金属粒子の組成・粒径・分布を制御する因子の解明、めっき金属の電子状態・結晶構造と触媒作用の相関性の解明、性能向上に向けた金属微粒子の析出状態の最適化について検討し、得られた触媒を、水素製造（アンモニア分解）用触媒として評価することで、その実用可能性を検証する。本年度は、めっき金属にNiを、担体に種々の金属酸化物を選択し、金属Ni粒子の分散状態に寄与する因子を解明するため、めっき金属の析出起点であるPd核の形成過程に着目した。担体をPd溶液中に分散させ、Pd核を担体表面に形成する際、その浴組成を溶存イオン種が安定に存在できる領域に保持することで、核の表面密度を一定程度調節可能であることを確認した。適切な浴組成を選択し、核の表面密度を変化（＝金属析出サイト数を変化）させることで、各々のサイトにおける粒成長速度も変化するため、粒径の異なる金属Ni粒子を比較的均一に分散析出できることを電子顕微鏡による形態観察で確認した。一方、調製した触媒を用い、高温環境下でアンモニア分解活性試験を行ったところ、析出粒子の分散状態が必ずしも性能と相関しないことが明らかとなった。

Active metal particles are supported by metal-supported catalysts. Catalyst metals are expected to be replaced by noble metals with high activity and rare properties. The high performance of the catalyst for base metals, alloying of supported metal particles, electronic state control, miniaturization, high dispersion, increase of active field area, etc. are difficult to achieve. In this study, a new method for precisely controlling the formation of base metal alloy particles and a new method for preparing metal-supported catalysts are discussed. Detailed explanation of the control factors of the composition, particle size and distribution of metal particles, explanation of the correlation between the electronic state, crystal structure and catalytic action of metal particles, optimization of the precipitation state of metal particles in the upward direction of performance, evaluation of the catalyst for water production (decomposition), and demonstration of the possibility of its application. This year, the process of formation of Pd nuclei was highlighted in the selection of metal oxides and dispersion of metal Ni particles. The dispersion of Pd in the carrier solution and the formation of Pd nuclei on the surface of the carrier are confirmed by the existence and stability of the solution composition and the possibility of adjusting the surface density of the nuclei to a certain extent. The composition of the bath was selected, the surface density of the core was changed, and the growth rate of the particles was changed. The particle size was different, and the uniform dispersion of the metal Ni particles was confirmed by electron microscopy. The dispersion state of precipitated particles must be related to the performance of the catalyst under high temperature environment.