その場観察ナノスケール解析に基づいた新しいメタン燃焼触媒の開拓

基于原位观测纳米级分析开发新型甲烷燃烧催化剂

• 批准号: 17J11138
• 负责人: 馬原 優治
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J11138/
• 关键词: 担持金属触媒; メタン燃焼; パラジウム; その場観察X線吸収分光法

天然ガス自動車やディーゼル自動車、火力発電の排気ガスに含まれる未燃焼メタンを完全燃焼する触媒には高価で希少なPd触媒が実用されている。Pdの使用量を削減するために、より低温領域から高活性を示す触媒開発が切望される。メタン燃焼は、金属酸化物状のPd粒子がPdO相とPd(0)相とを回転することで進行する（レドックスサイクル）。そこで本研究では、その場観察X線吸収分光（XAFS）法を用いたPd触媒のレドックスサイクルの観察と解析を行った。ミリ秒オーダーの時分解能を持つその場観察波長分散型XAFS（DXAFS）法を利用し、担持Pd触媒の酸化還元速度を定量評価して、メタン燃焼反応に鍵となる性質を探索した。約12m毎に測定可能なDXAFSスペクトルは大型放射光施設（SPring-8)のBL28B2にて収集を行った。アルミナ担持Pd触媒にメタンガスを導入した際のPdO粒子の還元挙動を観察した。結果として、PdO粒子はメタンによって2段階で還元されることが明らかになった。完全に酸化されたPdO粒子の還元反応に比べて、一部還元されたPdO粒子の還元反応は活性化エネルギーが低く、容易に進行することがわかった。これはPdO粒子が一部還元されPd(0)種とPdO種が共存することでメタンの開裂を促進させるためだと考えられた。以上より、PdO種とPd(0)種の界面がメタン燃焼に良い活性であると結論付けられた。

昂贵且稀有的PD催化剂可用作用作催化剂，该催化剂完全燃烧在天然气，柴油和热发电的废气中包含的未燃烧的甲烷。为了减少PD使用，对较低温度范围的催化剂的需求很高。当金属氧化物样的PD颗粒在PDO相和PD（0）相（氧化还原循环）之间旋转时，甲烷燃烧会进展。因此，在这项研究中，我们使用原位观察X射线吸收光谱（XAFS）方法观察并分析了PD催化剂的氧化还原周期。使用原位观察波长色散型XAFS（DXAFS）方法与时间分辨率在毫秒的顺序上进行定量评估，从毫秒顺序分辨率，对支持的PD催化剂的氧化还原速率进行了定量评估，以探索是甲烷燃烧反应的关键的性能。 DXAFS频谱每12m进行一次测量，在大型同步加速器辐射设施（Spring-8）中以BL28B2收集。观察到将甲烷气体引入到氧化铝支持的PD催化剂中时，PDO颗粒的还原行为。结果，据显示，通过甲烷将PDO颗粒分为两步。发现与完全氧化的PDO颗粒的还原反应相比，部分降低的PDO颗粒的还原反应具有较低的活化能，并且很容易进展。人们认为这是因为部分减少了PDO颗粒，并共存PD（0）物种和PDO物种会促进甲烷裂解。从上面可以得出结论，PDO物种与PD（0）物种之间的界面对于甲烷燃烧很活跃。

项目成果

Methane combustion over Pd/CoAl2O4/Al2O3 catalysts prepared by galvanic deposition

• DOI: 10.1039/c7ra06150a
• 发表时间: 2017-01-01
• 期刊: RSC ADVANCES
• 影响因子: 3.9
• 作者: Mahara, Yuji;Tojo, Takumi;Satsuma, Atsushi
• 通讯作者: Satsuma, Atsushi

時分割DXAFSによる担持PdO粒子のCH4での還元挙動の解明

通过时间分辨 DXAFS 阐明负载 PdO 颗粒与 CH4 的还原行为

• 发表时间: 2017
• 作者: 馬原優治;村田和優;植田格弥;石川裕之;東條巧;大山順也;加藤和男;薩摩篤
• 通讯作者: 薩摩篤