複合的その場解析による不均一触媒の微視的反応メカニズムの研究

三元触媒は工場や自動車から排出されるガスに含まれる一酸化炭素(CO)等の有害な化学物質を、無害化する作用を持つ触媒であり、その内部には白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの白金族金属微粒子が含まれている。従来、固体表面上で進行する化学反応の観測は超高真空条件で行われてきた。一方で実際の触媒が作動する条件は大気圧であり、この圧力環境の違いが触媒作用に影響する可能性が指摘されてきた。私は大気圧に近い環境下で進行するCO酸化反応を観測できる準大気圧光電子分光を用いて、各触媒表面で進行する触媒反応メカニズムの解明に取り組んだ。本研究では、実在の三元触媒に近いと考えられる貴金属粒子における触媒反応に注目した。現実の触媒表面は常に大気に曝されており、酸化が深く進行された状態で存在していると考えられる。そこで、測定には大気圧条件で酸化されたRh微粒子を試料として用いた。酸化物上でどのように反応が進行するのかを検討するため、Rh酸化物に対して準大気圧でCOを暴露し、その反応(還元)過程についてその場観測を行った。結果、Rh酸化物の三次元的な分布やCOとの反応性などの知見を得ることが出来た。大気圧条件での酸化された触媒表面とCOの反応性をその場観測した例はなく、このような情報は実用触媒をデザインする上で有用であると考えられる。さらに、二元合金触媒上での触媒反応について検討した。合金化することで反応性が向上することは古くから知られており、アンサンブル効果と呼ばれているが、その原子レベルでの起源は明らかでない場合が多かった。本研究ではPd-金(Au)合金表面におけるCO酸化反応に注目し、Pd表面での結果と比較することでその起源の解明に取り組んだ。測定の結果、合金化により反応に寄与する表面上の化学種の存在割合が変化し、異なるメカニズムで反応が進行していることが明らかになった。

三元触媒は工場や自動車から排出されるガスに含まれる一酸化炭素(CO)等の有害な化学物質を、無害化する作用を持つ触媒であり、その内部には白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの白金族金属微粒子が含まれている。従来、固体表面上で進行する化学反応の観測は超高真空条件で行われてきた。一方で実際の触媒が作動する条件は大気圧であり、この圧力環境の違いが触媒作用に影響する可能性が指摘されてきた。私は大気圧に近い環境下で進行するCO酸化反応を観測できる準大気圧光電子分光を用いて、各触媒表面で進行する触媒反応メカニズムの解明に取り組んだ。本研究では、実在の三元触媒に近いと考えられる貴金属粒子における触媒反応に注目した。現実の触媒表面は常に大気に曝されており、酸化が深く進行された状態で存在していると考えられる。そこで、測定には大気圧条件で酸化されたRh微粒子を試料として用いた。酸化物上でどのように反応が進行するのかを検討するため、Rh酸化物に対して準大気圧でCOを暴露し、その反応(還元)過程についてその場観測を行った。結果、Rh酸化物の三次元的な分布やCOとの反応性などの知見を得ることが出来た。大気圧条件での酸化された触媒表面とCOの反応性をその場観測した例はなく、このような情報は実用触媒をデザインする上で有用であると考えられる。さらに、二元合金触媒上での触媒反応について検討した。合金化することで反応性が向上することは古くから知られており、アンサンブル効果と呼ばれているが、その原子レベルでの起源は明らかでない場合が多かった。本研究ではPd-金(Au)合金表面におけるCO酸化反応に注目し、Pd表面での結果と比較することでその起源の解明に取り組んだ。測定の結果、合金化により反応に寄与する表面上の化学種の存在割合が変化し、異なるメカニズムで反応が進行していることが明らかになった。