ナノ構造制御による担持カーバイド触媒設計のための基礎的研究

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本研究では,近年注目を集めている規則的ハニカム細孔を持つメソポーラスシリカ(MCM-41,SBA-3等)を担体として新親な高機能カーバイド触媒の設計に関する知見を得るものである.実施2年目となる本年は1.細孔内部への前遷移金属種の高分散担持,2.カーバイド種への転換過程のキャラクタリゼーション,を中心に検討してきた.特に,2の転換過程におけるダイナミックな構造変化に着目した.また,酸化物種の表面励起方法についても前年に引き続き検討し,Moの光触媒へと応用した.[1]五塩化ニオブを前駆体とすることでメソ細孔壁上にNb種を担持,またはメソ細孔壁にNb種を組み込む事ができた.両触媒ともX線吸収スペクトル(XAFS)の解析からNb種は高分散していることが判明した.[2][1]で得られた両Nb触媒をメタン・水素混合気流中,1173-1273Kまで比例昇温させることで,NbC種(NbC-SBA-3,NbC/MCM-41)へと転換した.Nb種のカーバイド種への転換過程をin-situ XAFS法により追跡したところ,比例昇温中はNb種の還元のみが見られ,その後の高温保持段階でカーバイド化が進行していることが直接的に見出された.またカーバイド化過程におけるクラスターサイズ変化を解析したところ,担持型のNb/MCM-41では一段階でのNbCクラスター成長が見られたが,組込型のNb-SBA-3ではNbCクラスター成長は二段階で進行した.カーバイド化温度ならびにカーバイド種のクラスターサイズ等の解析から,一段階目では細孔壁上に担持されたNb種がある程度凝集しカーバイド化が進行するが,二段階目では,既に生成したカーバイドクラスター近傍の細孔壁内に組み込まれたNb種を取り込みつつNbCクラスターが成長していくものと判明した.担持サイトの違いが,カーバイド種への転換過程に影響することを直接的に見いだした.