【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】25248004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスター / 触媒 / 酸化還元反応 / 昇温脱離法 / 質量分析 / 一酸化窒素 / 熱脱離 / 酸化物 / 反応 / 還元 / 多元素 / 吸着 / 酸化

【研究成果の概要】

本研究は、COやNOなどの小分子の酸化還元反応の触媒となる、多元素クラスターを設計することを目的とした。そのために、気相クラスター昇温脱離法を新たに開発した。クラスターを徐々に加熱することで、高温での酸化還元反応を調べた。またクラスターからの分子脱離温度を測定することで反応の活性化エネルギーを求めた。遷移金属酸化物クラスターについて、酸素分子脱離の活性化エネルギーを求め、量子化学計算の結果と比較して構造を決定した。また、ロジウムを中心とした貴金属元素およびその複合クラスターに対するNO分子の分子付着・解離吸着・還元反応と、それに対する酸素分子、窒素分子の効果を実験的に明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】47,320千円 (直接経費: 36,400千円、間接経費: 10,920千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】24550010 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスター / 昇温脱離 / 反応 / 脱離 / 質量分析 / レーザー蒸発 / 活性化エネルギー / 酸化物クラスター / 金属クラスター / 組成依存 / TPD / 酸素脱離 / セリウム / マンガン / 酸化物 / 気相 / 反応性 / 化学量論 / ジルコニア / セリア

【研究成果の概要】

排ガス後処理触媒として有望な元素の組み合わせおよび組成を、気相の多元素クラスターの反応性を網羅的に調べることにより迅速に探索できるようにすることを目指した。銅およびセリウム酸化物クラスターの加熱による酸素脱離および一酸化窒素など小分子との反応について調べたところ、クラスターの酸素原子数の化学量論比からの変位が、加熱による酸素脱離の温度域および活性化エネルギー、そして小分子との反応性の有無と関連していることが分かった。本研究では、この気相昇温脱離法が多元素クラスターの生成・反応・脱離などの過程について、他の実験・理論と比較可能な知見を提供できることを示すことに成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】22656143 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遷移金属 / 過酸化物 / 表面状態 / 光励起 / 揮発性有機物 / センサー / Birch還元 / 酸素プラズマ / 酸化物 / 過酸化物イオン / クラスター / 励起状態 / ヘテロ界面 / トンネル電流 / アルコール分子 / 表面準位 / バーチ還元 / 溶媒和電子 / 金属過酸化物 / 界面準位 / 分子磁性 / 化学センサー / VOC / 超酸化物 / 液層輸送法

【研究成果の概要】

自然界には存在しえない分子様結晶である遷移金属過酸化物／超酸化物を溶媒和電子による強還元法あるいは酸素プラズマとの反応にて合成することを目指し、その合成法の確立から薄膜合成プロセスにまでを目指した。スピン軌道相互作用による特異な物性が期待される4d、5d遷移金属イオンとの組み合わせにより過酸化物合成を試み試みたが、バルクの過酸化物は生成せず特徴的な物性も観測されなかった。しかしながら紫外光誘起により酸化物表面に過酸化物様酸素状態の存在が示唆されるデータが得られ、その触媒作用をを効率的に電気信号に変換する薄膜デバイスを構築することで、雰囲気中の芳香族揮発性有機物検出するセンサーを実現した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】3,150千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 450千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】22750005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスター / 遷移金属酸化物 / 質量分析法 / イオン移動度分析法 / アニール / 異性体 / 炭素 / ケイ素 / 遷移金属 / 酸化物 / 構造変化

【研究成果の概要】

本研究では,イオン移動度分析法によって遷移金属複合クラスター(特にZnOやCoO)の構造異性体を分離・帰属し,サイズ変化に伴う構造変化とアニーリングの効果について検討した。そして,金属酸化物クラスター以外にも,炭素・ケイ素クラスターに対して各異性体の解離反応・イオン分子反応を適用することによって分離された異性体ごとの解離反応の違いを見出し,酸化・重水素化反応速度定数を決定することができた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】22350004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスター / 化学反応 / 触媒 / 酸化物 / 質量分析 / イオン / 反応性 / 還元 / 触媒反応 / 多元素 / 白金 / ロジウム / 一酸化炭素酸化反応 / 一酸化二窒素還元反応 / 窒素酸化物 / 一酸化炭素 / 元素代替

【研究成果の概要】

金属クラスター、金属酸化物クラスターおよびそれらの複合体とN2O,COなどの小分子との反応性を、実験・理論の両面から明らかにした。中性のロジウムクラスターは、N2Oから酸素原子を受け取る酸素移行反応を示す。この反応は繰り返し進行し、その結果として複数の酸素原子が付加したロジウム酸化物クラスターが生成する。一方COがごく微量に存在する条件では、COがロジウム酸化物から酸素を奪う反応が進行するが、この反応の反応速度定数は、より多くの酸素分子がロジウムクラスターに付着しているときの方が値が大きい。つまり、ロジウムクラスターによるN2Oの還元・CO酸化反応の触媒活性は、酸化されていないロジウムクラスターよりも、多少酸化されている状態の方がより高いことが期待される。一方、ニッケルのような遷移金属の酸化物とCOとの反応では、そのサイズ、組成によってCOとは異なる反応を示す。特に、COが物理吸着する場合と化学吸着する場合、さらに酸化物を形成して、酸化物から酸素がはぎとられる場合がある。これまで、物理吸着と化学吸着を区別することは困難であったが、本研究では、反応後の後加熱によって実験的に区別することに成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)

【研究分野】ナノ構造科学

【研究領域課題番号】21241023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスター / 微粒子 / ナノ結晶 / 金属酸化物 / 超臨界水 / ハイブリッド材料 / 磁気ナノ粒子 / 酸化物 / 協力現象 / 表面修飾 / 高圧 / 高磁場 / 極低温 / 磁気ナノ結晶

【研究成果の概要】

ナノ粒子あるいはクラスターと呼ばれる大きさが十万分の1ミリメートルの微結晶を合成する独自の技術を用い、サイズ、形状、表面等を制御した無機ナノ結晶・クラスターとそれを埋め込んだ構造体が示す特異な性質を調べた。表面に脂肪酸などが結合した場合や、磁気ナノ結晶(クラスター)が埋め込まれた構造体の場合には、構造や磁気、光学的な性質が大きく変調されることを見出し、その発現機構を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円)