触媒の研究は反応における重要な原子構造変化を示した

UCLAサムエリ工科大学、カンザス大学、東京電子通信大学の研究者が共有したこの啓示は、触媒設計に重要な意味があります。 触媒作用は、供給原料化学物質を精製製品に変換するプロセスの重要な方法です。

ㅏ 研究結果をまとめた研究 最近、Nature Catalysis Journalに発表されました。 マルチキャンパス研究は、UCLAの化学および生分子工学、化学および生化学の教授であるPhillipe Sautetによって主導されました。 カンザス大学の化学・石油工学教授のフランクリン・フェン・タオがいます。

「この研究は、単一原子触媒の製造の進歩にもかかわらず、前処理または実際の反応中に構造がそのまま維持されないことを示している」とSautet氏は述べた。

この研究は、触媒活性部位の構造と力学の新しい理解を提供する。 一種の触媒は、酸化物化合物のより大きな表面にある数百の原子からなる小さな金属粒子を使用する。 この分野の進歩により、単一の金属原子が表面に堆積することができます。 このタイプの設計は、孤立した原子が理論的には分子と1：1と一致し、相互作用することができるため、触媒プロセスがはるかに効率的になるようにすることができます。

しかし、最も効率的で効果的な触媒作用を達成するための最適化された設計は、プロセス中に原子レベルで何が起こるかをより深く理解することによって異なります。

研究者たちは、メタンから排出されないクリーン燃料である水素ガスの生産に使用される単一原子ロジウム触媒を調査しました。 モデリングと触媒試験では、彼らは単一の原子が長い間単一の状態を維持しないことを発見しました。

水素の前処理中、単一のロジウム原子は約20原子のナノ粒子グループに組み立てられます。

その後、触媒がメタン – 水素反応を引き起こすと、小さな粒子がロジウムのより小さな3原子クラスターに分解されます。 研究者たちは、これらの構造変化が化学反応の副産物である一酸化炭素と相互作用するロジウムの結果であることを発見しました。 また、20個の原子群から3個の原子クラスターへの原子構造変化も可逆的です。

UCLAカリフォルニア州ナノシステム研究所のメンバーであるSautetは、「この研究は、単一原子触媒製造の進歩にもかかわらず、その構造が前処理中でも実際の反応中もそのまま維持されないことを示しています。 「私たちは、理想的な触媒設計が少なくとも原子レベルでは意図したとおりに正しく機能しない可能性があることを理解しています。 この理解は、反応中に現れる金属クラスターの特性に直接影響を与えることによって、クリーンでエネルギー効率の高いプロセスのためのより効率的な触媒を設計するための道を開くでしょう。

この論文の他の著者は、UCLAの大学院生であるGeorge Yanです。 カンザス大学のYu Tang、Yuting Li、Yixiao Li、Luan Nguyen。 電子コミュニケーションカレッジの柿田智弘と小太郎東氏だけでなく、 Yan、Tang、Yuting Liは共同第一作者です。

この研究は米国エネルギー省と国立科学財団の支援を受けました。