サブナノ金属超微粒子を用いた量子ドット触媒の創製

金属超微粒子が数ナノからサブナノ領域に入ると、電子の局在化など、電子物性が変化することが広く知られている。このような電子物性の変化によって、電子が関与する(電極)触媒反応にも影響が出ることが十分に予想されるが、特にサブナノ領域での極超微粒子を実際に作製することは困難である。そこで本研究では、当研究室が開発改良した「コロイド同時担持法」をベースにコロイド調製プロセスを開発した。これらのコロイド調製条件を変えて、白金などの金属コロイドの核生成と核成長を制御し、金属極超微粒子用のコロイド調製プロセスを確立した。カーボン担体表面に生成したコロイドを限りなく高分散させるには、コロイド核の吸着サイトを設計し、そのサイトにコロイド核をイオン交換に近い形で結合させることが重要な指針となる。担体の作製法などを変えて、超高分散が可能になった。また、担体表面に高分散した金属コロイドを高温で水素雰囲気などで還元して初めて、メタルの金属微粒子が生成するが、この処理において、酸化物担体の場合、ドープによって粒成長が抑えられ、結果的に高表面積の担体を作ることが可能になり、それが触媒微粒子金属の凝集を抑制できることが明らかになった。さらに量子効果を調べるために、各種担体上に担持した白金微粒子のXPS測定を行った。その結果、明確なサイズ効果による化学シフトがあることがわかった。担体の違いによる相互作用の違いについては、より詳細な検討が必要であり、今後とも地道に研究を継続したいと考えている。本研究では、実用を見据えてこれらの担持触媒の多孔構造体の作製にも成功した。

金属超微粒子が数ナノからサブナノ領域に入ると、電子の局在化など、電子物性が変化することが広く知られている。このような電子物性の変化によって、電子が関与する(電極)触媒反応にも影響が出ることが十分に予想されるが、特にサブナノ領域での極超微粒子を実際に作製することは困難である。そこで本研究では、当研究室が開発改良した「コロイド同時担持法」をベースにコロイド調製プロセスを開発した。これらのコロイド調製条件を変えて、白金などの金属コロイドの核生成と核成長を制御し、金属極超微粒子用のコロイド調製プロセスを確立した。カーボン担体表面に生成したコロイドを限りなく高分散させるには、コロイド核の吸着サイトを設計し、そのサイトにコロイド核をイオン交換に近い形で結合させることが重要な指針となる。担体の作製法などを変えて、超高分散が可能になった。また、担体表面に高分散した金属コロイドを高温で水素雰囲気などで還元して初めて、メタルの金属微粒子が生成するが、この処理において、酸化物担体の場合、ドープによって粒成長が抑えられ、結果的に高表面積の担体を作ることが可能になり、それが触媒微粒子金属の凝集を抑制できることが明らかになった。さらに量子効果を調べるために、各種担体上に担持した白金微粒子のXPS測定を行った。その結果、明確なサイズ効果による化学シフトがあることがわかった。担体の違いによる相互作用の違いについては、より詳細な検討が必要であり、今後とも地道に研究を継続したいと考えている。本研究では、実用を見据えてこれらの担持触媒の多孔構造体の作製にも成功した。