バイオエタノール改質用ニオブ添加シリカ担持白金触媒の開発とキャラクタリゼーション

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ニオブを添加したシリカ担持白金触媒を用いるエタノールの水蒸気改質反応について、調製後の触媒のキャラクタリゼーションを行い、触媒の強い金属・酸化物相互作用と反応活性向上の関係を明らかにすることを目的とした。触媒調製は、含浸法で行った。シリカ(SiO_2)に白金前駆体溶液を含浸し、乾燥後、ニオブ(Nb)前駆体溶液を含浸、乾燥後空気焼成した。Nb/Pt比の異なる触媒を調製し、各々の触媒について活性試験およびキャラクタリゼーションとして透過型電子顕微鏡(TEM)観察、水素およびCO吸着量測定、X線回折測定(XRD)を行った。Nb/Pt比が1/8,1/4,1/2,1,2,4,8の触媒を用いて実験した結果、いずれの触媒でもNbを添加していないPt/SiO_2触媒に比べて活性の向上がみられた。Nb/Pt比が1/8から1までは、活性が顕著に向上し、Nb/Pt比が2以上では、やや低下する傾向がみられた。キャラクタリゼーションの結果、Nbの添加量が増加するにつれて、Pt微粒子の粒子径が小さくなることがわかった。これは、TEM観察でも同様であることがわかった。一方、吸着量測定ではNb添加量が増加するにつれて、水素吸着量およびCO吸着量が減少した。これらのことから、触媒調製時には、Nb前駆体溶液を含浸することで触媒を焼成する際のPtの焼結を抑制するということ、また、焼成後のNb酸化物とPt微粒子が強く相互作用(Nb酸化物がPt微粒子の表面を被覆)していることがわかった。実際に、TEM-EDX観察を行った結果、Pt微粒子に焦点をあわせて組成を分析するとPtのほかにNbの存在が示されたことからも明らかとなった。また、Nb添加Pt/SiO_2触媒を用いた場合には、生成物としてアセトアルデヒドが比較的低温において生成することから、アセトアルデヒドの水溶液を反応させ検討した結果、Nb添加Pt/SiO_2触媒では、エタノールの脱水素反応がPt/SiO_2触媒に比べて非常に速く起こることがわかった。これらの成果については、第104回触媒討論会(平成21年9月、宮崎)および第105回触媒討論会(平成22年3月、京都)において発表した。