Operando分光と理論計算に立脚した二酸化炭素水素化反応場の設計と創出

基于原位光谱和理论计算的二氧化碳加氢反应场的设计与创建

• 批准号: 22K14538
• 负责人: 峯 真也
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Hokkaido University
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14538/
• 关键词: CO2還元; 低温メタノール合成; Operando分光; DFT計算; CO2資源化; 機械学習

メタノールは、CO2を原料として合成可能な基幹化学品であり、CO2還元・資源化触媒開発において重要なターゲットである。CO2/H2からのメタノール合成は既に工業化されているが、Cu系触媒を用いる現行プロセスでは高温(250℃ー300℃)の厳しい反応条件が課題となっている。メタノール合成反応は発熱反応であるため、平衡制約の観点から反応条件の低温化(かつ高圧化)が求められている。したがって本研究では、低温下で駆動するCO2/H2からのメタノール合成触媒の開発を実施する。2022年度は、まず、開発済みの触媒系に対して、種々のOperando分光(IR, UV-Vis, XPS, XAS)を駆使し、触媒活性種の構造解析、反応進行中における電子状態解析を行い、触媒表面に形成されるギ酸種が重要な役割を果たしていることを明らかにした。DFT法に基づく、触媒表面の電子状態計算からも重要な知見を得た。DFT法をはじめとする、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を適応し、反応条件下において安定に存在できる触媒活性種の構造を明らかにした。加えて、触媒活性種をとらえる上で近年注目されているModulation Excitation (ME)法を適用することを試み、従来の手法では捉えきれなかった真の触媒活性種を明らかにした。今後は、得られた知見を基に、触媒機能・性能(基質活性化能)と構造(幾何・電子構造)の相関関係を明確化することで、「真に使える」メタノール合成触媒の開発を目指すとともに、当該分野の学術基盤を確立することを目指す。

The synthesis of raw materials such as carbon dioxide and CO2 raw materials may be based on chemical chemicals and CO2 meta-resource-based catalysts. CO2/H2 is used in the synthesis of industrial materials, and Cu catalysts are used to reduce the temperature at high temperature (250C to 300C). In the process of synthesis, the temperature is reduced, the temperature is increased, and the temperature is reduced. The purpose of this study is to start the application of the synthetic catalyst under the condition of low temperature, low temperature, high temperature, high temperature and low temperature. In the year 2022, the system of chemical and chemical Operando (IR, UV-Vis, XPS, XAS) was used to analyze the activity of the catalyst. in addition, the analysis of the electronic state of the catalyst was carried out, and the surface of the catalyst was formed. Based on the DFT method, the electronic state of the catalyst surface was calculated and the important information was obtained. The DFT method is used to calculate the conditions of chemical chemistry, such as the use of temperature, and so on. In this paper, it is necessary to study the chemical reaction conditions, such as temperature, temperature and so on. In this study, the results of temperature measurement calculation were introduced into the first principle of mechanical method and the existence of catalytic activity in the presence of diazepam under reverse conditions. In recent years, more and more attention has been paid to the use of Modulation Excitation (ME) method to detect the activity of catalysts. In the future, we need to know that the mechanical properties of the catalyst (basic activation energy) are improved (how can the computer system be made). In the future, we need to know how to improve the performance of the catalyst. in the future, we need to know that the mechanical properties (activation energy) of the catalyst are improved.

项目成果

An experimental and theoretical investigation of metal－support interactions in various kinds of metal oxide-supported rhenium materials

各种金属氧化物负载铼材料中金属-载体相互作用的实验和理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Shinya Mine;Kah Wei Ting;Yoyo Hinuma;Zen Maeno;Takashi Toyao;Ken-ichi Shimizu
• 通讯作者: Ken-ichi Shimizu

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

The reducibility and oxidation states of oxide-supported rhenium: experimental and theoretical investigations

氧化物负载铼的还原性和氧化态：实验和理论研究

• DOI: 10.1039/d2cp04784e
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Ting Kah Wei;Mine Shinya;Ait El Fakir Abdellah;Du Pengfei;Li Lingcong;Siddiki S. M. A. Hakim;Toyao Takashi;Shimizu Ken-ichi
• 通讯作者: Shimizu Ken-ichi

Paul Scherrer Institut (PSI)(スイス)

保罗谢勒研究所 (PSI)（瑞士）

Regeneration of atomic Ag sites over commercial γ-aluminas by oxidative dispersion of Ag metal particles

通过银金属颗粒的氧化分散来再生商用 γ-氧化铝上的原子银位点

• DOI: 10.1039/d2cy01950g
• 发表时间: 2023
• 期刊: Catalysis Science & Technology
• 作者: Kubota Hiroe;Mine Shinya;Toyao Takashi;Shimizu Ken-ichi
• 通讯作者: Shimizu Ken-ichi