抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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担持ナノ触媒の表面構造とその触媒性能との間の関係に関する研究はずっと注目されている。その構造の複雑さにより、触媒の構造活性相関を研究する際に多くの困難に直面している。近年、大量の研究により、反転触媒が多くの反応において優れた触媒性能を示すことが分かった。反転触媒は遷移金属酸化物を他の金属表面に担持する。従来の金属/酸化物触媒と比較して,反転触媒は,触媒反応における酸化物の重要な役割を,より明らかにすることができた。多くの研究により、酸化物-金属界面において特殊な作用が存在し、この作用は酸化物の電子特性と化学性質を変化させ、さらに高い触媒性能を生じることが明らかになった。これらの結果は,金属酸化物がPt表面上に担持された反転触媒系を作り,それが高い低温CO酸化反応性を示すことを示している。酸化物とPtの間の界面における閉じ込め効果は,酸化物中の不飽和金属カチオンを安定化することができる。この配位不飽和酸化物は活性化O2の活性サイトを提供した。現在、反転触媒に関する研究は主に単結晶モデル系に集中しており、担持型触媒における研究はまだ少ない。カーボンブラック(CB)を担体として、還元後のPt-FeとPt-Co触媒を酸洗浄により、表面に富むPtコアを合金とする構造を調製した。種々の温度で酸化したPt-FeとPt-Co触媒の構造変化について考察し,COの完全酸化反応(COOX)とCO選択酸化反応(CO-PROX)との間の関係を,X線粉末回折(XRD)によって研究した。誘導結合プラズマ発光分光法(ICP),透過型電子顕微鏡(TEM)およびX線光電子分光法(XPS)の結果は,還元後のPtベース触媒がナノ粒子の表面の3d遷移金属を選択的に除去し,Ptリッチ相が合金の構造を形成することを示した。酸洗浄後のPt-FeとPt-Co触媒を異なる温度で空気中で酸化することにより、近表層のFe(Co)が粒子表面に拡散し、過酸化したFe2O3(Co3O4)表面構造を形成することが分かった。酸化後の触媒は,COOXとCO-PROX反応において,異なる触媒性能を示した。酸洗浄後のPt-Fe(Pt-Co)触媒は異なる温度で酸化した後、COOX反応において活性が比較的に悪く、室温でのCO転化率は30%以下で、CO完全転化の温度は100oCを超え、純Pt触媒の活性に相当する。このことは,Pt表面上の過酸化Fe2O3(Co3O4)のCO酸化反応への促進効果は明らかではないことを示している。酸化後の触媒はCO-PROX反応において高い活性を示し、250oC(又は350oC)酸化後の酸洗浄Pt-Fe触媒の室温下でのCO転化率は100%に近い。250°C(または350°C)での酸化後の酸洗浄Pt-Co触媒のCO転化率は70%に達した。キャラクタリゼーションと反応の結果によると、酸化処理によって形成された表面が過酸化された金属酸化物(Fe2O3、Co3O4)は、COOXの触媒性能が劣っていると考えられる。CO-PROX反応ガスを通した後、雰囲気中の大量のH2の存在とPt表面の水素フラッディング効果は表面のFe2O3、Co3O4を室温で配位不飽和のFeO、CoOに還元させることができる。この配位不飽和の酸化物は表面Ptの限られた領域の作用と大量のH2雰囲気下で比較的に安定し、しかも比較的強い活性化解離O2の能力を持ち、更にCO-PROX反応の活性を高めた。触媒表面酸化物とその触媒性能との関係をさらに実証するため、室温で二種類の反応ガスの循環実験を行った。試験結果によると、酸化後の酸洗浄Pt-Fe触媒に対して、COOX反応中の表面Fe2O3とCO-PROX反応中の表面FeOは、反応雰囲気を変換することで、二種類の酸化物の相互転換を実現でき、完全に異なる触媒性能を示した。酸化後の酸洗浄Pt-Co触媒に対して、CO-PROX反応中に形成されたCoOの表面構造はCOOX反応においても比較的安定しており、二種類の反応ガス中で類似の触媒性能を示した。Data from the ScienceChina, LCAS. Translated by JST【JST・京大機械翻訳】
