【公開日：2024.08.23】【最終更新日：2024.06.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22OS0021

利用課題名 / Title

火炎噴霧熱分解法により調製した複合酸化物の観察

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

藤原 翔

所属名 / Affiliation

山形大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

西嶋 雅彦

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-003：200kV原子分解能走査透過分析電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

火炎噴霧熱分解法や液相法により調製した各種ZrO₂担持触媒の元素分布状態をSTEMおよびDEXマッピングにより観察した。

実験 / Experimental

CuO/t-ZrO₂ を含浸法で調製した。まず非晶質ZrO₂（NND, 第一稀元素化学工業株式会社）にCu(NO₃)₂・3H₂O（富士フイルム和光、日本）の水溶液を含浸させた。得られた粉末を110℃で乾燥させ、その後、500℃で3時間焼成してCuO/t-ZrO₂を得た。VO_X/t-ZrO2を火炎噴霧熱分解法により調製した。ジルコニウムイソプロポキシド溶液（1-プロパノール中70wt％、TCI）を2-エチルヘキサン酸（2> 99%, 2-EHA; Sigma-Aldrich）と15分間混合した後、2-EHAと同量のメタノール（99.8%, 富士フィルム和光純薬）を加えた。その後、バナジウムイソプロポキシド（98％、Sigma-Aldrich社製）を溶液に加えて混合した。前駆体溶液中の金属（V＋Zr）の濃度は、0.2 Mとした。調製した前駆体溶液を3 mL/minでFSP反応器に供給し、O2分散ガス（5 L/min）で霧化した。噴霧された前駆体溶液は、CH₄とO₂（それぞれ流量は1.5 L/minと3.2 L/min）からなるパイロットフレームで点火した。前駆体の燃焼により生成した粒子を、真空ポンプ（Seco SV1040、Busch）とガラス繊維フィルター（Albet LabScience、GF6）により回収した。

結果と考察 / Results and Discussion

図1(a)に調製したCuO/t-ZrO₂触媒のSTEM像とCuおよびZrの分布を示す。STEM像より粒子の一次粒子径が10 nm程度であることが分かる。またCuとZrの分布が一致しており、粒子状のCuが確認されないことからCu種はZrO₂に固溶しているかZrO₂表面に原子レベルで分散していることが判明した。Cuの分散状態がChan-Lamクロスカップリング反応後も変化しないことは、反応後に測定したSTEM像とCuおよびZr分布（図1(b)）により明らかとなった。図2にVOx量を変化させて調製したVOx/t-ZrO₂触媒のSTEM像とVおよびZrの分布を示す。VOxがV₂O₅として7.8(a-c)または28wt%(d-f)担持した条件ではVとZrの分布が一致しており、粒子状のVOxが確認されないことからV種はZrO₂に固溶しているかZrO₂表面に原子レベルで分散していると予想される。一方でV₂O₅として50wt%担持した(g-i)条件では、VとZrの分布が一致しておらず粒子状のVOxが存在することが明らかとなった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 (a)反応前と(b)反応後のCuO/t-ZrO₂触媒のSTEM像とCuおよびZrの分布

図2 火炎噴霧熱分解法により調製したVOx/ZrO₂のSTEM画像およびVとZrの分布

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は日本学術振興会科研費（21K04988），JFE21世紀研究財団の助成を受けた。ここに記して謝意を表す。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Masaru Kondo, Catalysis of surface dispersed Cu²⁺ species on t-ZrO₂: square-planar Cu catalyzed cross-coupling of arylboronic acid and imidazole, Catalysis Science & Technology, 13, 2247-2254(2023).
   DOI: 10.1039/D3CY00024A
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件