サイト選択XAFSを用いたクロム・コバルト・銅触媒表面活性サイト構造の研究

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平成12年度までに、化学状態の異なるサイトを峻別してX線吸収微細構造(XAFS)スペクトルを測定するための蛍光分光検出装置を考案・製作した。エネルギー分解能1.1 eVで、物理混合試料について価数分離を行ない、90%のサイト選択を得た。本年度助成研究では上記基礎データを基に、COとH_2からメタノールを合成するCu/ZnO触媒について、Cu^0およびCu^Iサイトそれぞれに蛍光分光検出装置をチューンし、サイト選択XAFS測定を行なった。以前エネルギー分解能2.1 eVの条件で、この触媒についてサイト選択XAFS測定を行なっているが、本年度の研究では、実際の触媒試料についてエネルギー分解能向上に伴なうサイト選択向上が見られるか、および触媒作用機構と関連して、炭酸ガスおよび水の共存によるサイト構造変化を調べることにポイントを絞った。スペクトル研究の結果、Cu/ZnO触媒については活性化処理条件が非常にcriticalで、反応ガスCOとH_2の他、炭酸ガスと水共存条件でのみ金属銅サイトのCu^Iサイトベの部分酸化が優勢に見られた。炭酸ガスと水非共存条件あるいは処理温度が453K以下の場合には、金属銅サイトが優勢に観測された。部分酸化されたCu^IサイトはCu_2Oばかりではなく、ZnO表面に原子状に分散したサイトも含むことが、スペクトルのシミュレーションにより示唆された。研究費は蛍光分光検出装置用インターフェース、成果発表(日本化学会、放射光学会)の他、新たな系の探索として行なった鉛、バナジウムの実験の試薬等に用いた。これらの系では低濃度であることにポイントを置き、まだ価数分離には至っていないが、そのための基礎データを一通り得て、低濃度ということで報文(英文校閲)とした。