協奏機能が駆動する重水素ガス選択合成とピンポイント重水素化反応

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安価で安全な液体であるギ酸（HCOOH）は、次世代のエネルギーキャリアとして注目されている。申請者は、ギ酸からの水素生成反応に優れた金属触媒を重水（D2O）中での反応に用いると、高価な重水素ガスを選択的に合成できることを世界に先駆け報告した。成功の鍵は、固体（触媒）表面上でのH-D交換反応を制御できた点にある。本研究では、今後の世界的な需要拡大に対応できる低コスト製造法として確立すべく、100%の選択性、反応速度の一桁向上を目指す。目的達成のため、合金ナノ粒子の精密制御ならびに塩基性反応場の設計から多角的にアプローチした。本年度は、合金ナノ粒子、塩基性反応場の精密制御から検討を行った。合金ナノ粒子は主にギ酸の分解を司る触媒活性点である。特に、Pd、Au、Pt貴金属とFe、Co、Ni、Cu、Zn汎用金属との合金ナノ粒子触媒を開発する。これらは電気陰性度のギャップが大きく、電気的な偏りのあるアンサンブルサイトが発現しやすいが、熱力学的には調製が困難である。本課題を解決するため、申請者が独自に発展させてきた光還元法を駆使し、金属合金触媒のサイズ・形状・組成・構造・電子状態を精密制御を試みた。塩基性反応場は主に重水素ガス(D2およびHD)の選択性を決定する助触媒として機能する。本年度はグラフェンを担体とし、その表面を様々な塩基性を有する塩基性官能基で修飾したところ、塩基性の違いにより、高価な重水素ガスの選択性を制御できることを見出した。