アークプラズマ法を用いる貴金属ミニマム化触媒の物質設計

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アークプラズマ(AP)法では、複数のプラズマを同時発生することによって複合ナノ粒子が生成し、多様な二元系担持金属触媒の調製に応用できる。当該年度では、研究従事機関を高エネルギー加速器研究機構に変更し、二元系AP法を用いて調製したナノ粒子の局所構造解析を試みた。放射光を利用したXAFSから、複合ナノ粒子の形成過程のメカニズムおよび触媒活性との相関を考察した。Fe-Pd二元系では、それぞれのターゲットのパルス放電を同期することによって析出させた複合ナノ粒子は、第一配位圏にPd-Fe配位に帰属されるピークが見られ、原子間距離(r=2.70Å)はFe3Pd(Pm-3m)のFe-Pd距離にほぼ一致した。Fe-Pd/CeO2触媒は、一元系触媒と比較して両元素の金属状態が安定化され、その傾向は二種の金属のAPを同期した方が、非同期の場合より特に顕著になることが分かった。金属状態の割合に対応して、二つのAPを同期した触媒が最も高活性を示した。AP法によって調製した汎用金属同士のFe-Cu触媒のEXAFS振動では、FeとCuとの相互作用によって生じたものと推定されるピークが認められ、デラフォサイト型のCuFeO2のFe-Cu系複合酸化物の形成の可能性が示唆された。Fe-Cu/CeO2では、従来型の触媒調製法である含浸法試料よりも高い活性を示した。同じ処理を施したPt/A1203と比較しても明らかに低温で反応を開始しており、実用的にも高い触媒性能を有することが分かった。高活性の要因として、Fe-Cuの複合化によってCeO2表面上でCO吸着に有効なデラフォサイト相当の化合物相がきわめて高分散に生成したことが要因であると考えられる。また、軟X線領域に存在するL吸収端XAFS実験を行うためにセルの開発を行った。以上の研究成果は、従来の触媒と比べて高性能で省貴金属・低コストの次世代触媒調製技術のみならず、貴金属完全代替をも可能にする新たな物質設計手法の先駆けとして期待できる。