放射線還元法による担持触媒ナノ粒子の生成機構解明

担体による効果を検討する上で、合成条件を変化させ、放射線を用いてナノ粒子を合成した。担体上に白金と銅、白金とルテニウム、白金とロジウムが担持したナノ粒子についての研究を通して、放射線照射前の溶液において、金属イオンの存在位置が生成する構造へ影響を与えることを明らかにした。放射線照射前の溶液における金属イオンを①溶液中、②担体上に吸着、③沈殿の3つに分類した。それぞれを定量的に評価し、放射線照射によって生成した構造との相関を調べた。溶液中の金属イオンは主に合金を、担体上に吸着したイオンや沈殿したイオンは主に合金粒子のシェル及び酸化物を形成することがわかった。また、上記の金属イオンの存在位置の他に、白金に添加する金属種の還元電位、結晶構造、酸化物生成の自由エネルギーによって生成するナノ粒子の構造が異なることがわかった。担体上に吸着した金属イオンと溶液中に存在する金属イオンについて、そのナノ粒子生成機構を明らかにした。溶液中の金属イオンは水の放射線分解によって生成した水和電子やラジカルによって還元する。これらの還元種は強力な還元力を有することで、金属種によらず近くの金属イオンを還元する。一方、担体上に吸着した金属イオンについてはこれらの還元種が一度担体を経由し、別の還元種になってから還元すると推定した。そして、還元種の還元力が低くなる、もしくは還元種がより高い還元電位を有する金属から還元する機構を取る可能性を示唆した。上記のように、担体上と溶液中の金属イオンについて還元機構が異なるため、生成するナノ粒子の構造も異なると推定した。以上の成果を金属学会及び日本化学会にて発表した。

担体による効果を検討する上で、合成条件を変化させ、放射線を用いてナノ粒子を合成した。担体上に白金と銅、白金とルテニウム、白金とロジウムが担持したナノ粒子についての研究を通して、放射線照射前の溶液において、金属イオンの存在位置が生成する構造へ影響を与えることを明らかにした。放射線照射前の溶液における金属イオンを①溶液中、②担体上に吸着、③沈殿の3つに分類した。それぞれを定量的に評価し、放射線照射によって生成した構造との相関を調べた。溶液中の金属イオンは主に合金を、担体上に吸着したイオンや沈殿したイオンは主に合金粒子のシェル及び酸化物を形成することがわかった。また、上記の金属イオンの存在位置の他に、白金に添加する金属種の還元電位、結晶構造、酸化物生成の自由エネルギーによって生成するナノ粒子の構造が異なることがわかった。担体上に吸着した金属イオンと溶液中に存在する金属イオンについて、そのナノ粒子生成機構を明らかにした。溶液中の金属イオンは水の放射線分解によって生成した水和電子やラジカルによって還元する。これらの還元種は強力な還元力を有することで、金属種によらず近くの金属イオンを還元する。一方、担体上に吸着した金属イオンについてはこれらの還元種が一度担体を経由し、別の還元種になってから還元すると推定した。そして、還元種の還元力が低くなる、もしくは還元種がより高い還元電位を有する金属から還元する機構を取る可能性を示唆した。上記のように、担体上と溶液中の金属イオンについて還元機構が異なるため、生成するナノ粒子の構造も異なると推定した。以上の成果を金属学会及び日本化学会にて発表した。