現在地
Home > 高崎量子応用研究所 > 研究課題2 - プロジェクト先進触媒研究

高崎量子応用研究所

研究課題2 - プロジェクト先進触媒研究

掲載日:2018年12月26日更新
印刷用ページを表示

研究課題 2.担体への欠陥導入による活性・耐久性制御

-イオンビームで機能相界面をつくる・はかる-

 遷移金属酸化物との混合状態で用いられる一般のナノ微粒子触媒には、担体効果として分散性や耐久性の向上が認められ、酸化物の酸素空孔が寄与していると言われる。一方、電気化学デバイスにおける電極触媒は担体と電子のやり取りも行うため、担体の性質に対してより敏感であると考えられる。そこで最近、炭素同素体であるグラフェン上の金属ナノ微粒子において、担体表面に存在する格子欠陥との電子的相互作用の検討が始まっている。しかしながら、ここでは化学的、熱的手法による欠陥形成に留まっており、比較的単純な平衡熱力学で議論できる反面、大きなブレークスルーは期待できない。本研究では、イオンビームや電子線の照射によって、グラフェンを含めたグラファイト系炭素、及び遷移金属酸化物に格子欠陥を導入し、その担体改質が析出ナノ微粒子の電子構造に及ぼす影響を検討するとともに、新規界面による活性・耐久性制御の可能性を探索している。

(1)炭素担体におけるイオン照射欠陥を利用した白金ナノ微粒子の特性制御

 高活性化に向けた試みとして、白金(Pt)ナノ微粒子との界面で形成されるPt-C相互作用の利用が検討されている.Pt-C相互作用は、Pt d電子軌道からCπ電子軌道への電荷移動により形成されるPt-C結合である。これまでの実験、理論計算に基づく研究から、炭素担体に種類と密度を制御して欠陥導入できれば、Pt-C結合の形成を通して高い活性が期待できる。そこでまず、炭素担体を模擬するグラッシーカーボン(GC)にArイオンを照射し,形成される欠陥の構造と照射に伴う変化を調べた。また、この照射GC基板上に堆積したPtナノ微粒子の電子状態及び電気化学特性を測定し、照射による影響を検討した。その結果、期待したとおり、界面におけるPt-C結合の形成を見出すことができた。新たな結合形成によるこのような電子状態の変化は、酸素還元活性と密接に関係している可能性が高いことから、詳細な解析を継続している。
 イオンビームにより新奇に形成された相界面の構造を明らかにするため、シンクロトロン放射光を用いた以下の分析を行っている。(i)硬X線光電子分光(XPS)法によって、通常の実験室レベルのXPSでは得られない深い部分の情報を取得し、金属ナノ微粒子と担体との界面における元素の化学状態を調べる、(ii)X線吸収微細構造(XAFS)法によって、対象原子の価数、対称性、及びその近傍に存在する原子の種類や数、距離などの情報を取得する。
炭素担体におけるイオン照射欠陥を利用した白金ナノ微粒子の特性制御の画像

(2)水素・有機ハイドライド検知材料への展開

水素・有機ハイドライド検知材料への展開の画像2

 ガンマ線等の放射線環境下で動作する光学式水素センサーの開発を目的に、水素の吸蔵より吸光度が変化する三酸化タングステン(WO3)、三酸化モリブデン(MoO3)等の水素ガスクロミック層と水素分子を解離させるための白金等の金属触媒層から成る水素検知素子を作製し、ガンマ線、電子線照射などによる水素ガスクロミック特性への影響を系統的に調べた。その結果、結晶配向したWO3膜と白金から成る水素検知素子は、ガンマ線照射に対する影響はほとんどなく、ガンマ線環境下で動作する光学式水素センサーの開発ができることがわかった。

みなさんの声を聞かせてください

この記事の内容に満足はできましたか?
この記事は容易に見つけられましたか?

Adobe Reader

PDF形式のファイルをご覧いただく場合には、Adobe社が提供するAdobe Readerが必要です。
Adobe Readerをお持ちでない方は、バナーのリンク先からダウンロードしてください。(無料)
Adobe Reader provided by Adobe is required to view PDF format files.