【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.31】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AE0003

利用課題名 / Title

高温・還元性ガス雰囲気下でのXAFS測定による13族金属導入ゼオライトの局所構造解析

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

Ga導入ゼオライト,表面ヒドリド,In situ XAFS

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)

前野 禅

所属名 / Affiliation

工学院大学

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

Huang Mengwen,安村駿作,鳥屋尾隆

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

松村大樹

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

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

AE-006：エネルギー分散型XAFS装置

報告書データ / Report

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

Ga導入MFIゼオライト(Ga-MFI, MFIはゼオライト骨格の構造コード)は低級アルカン脱水素反応に有効な触媒であり、プロパンから芳香族化合物を合成するCyclarプロセスの工業触媒としても利用されている重要な機能性材料である。脱水素反応の活性点として、イオン交換サイト上の低原子価Gaカチオン(Ga⁺)やGaヒドリド種([GaH₂]⁺, [GaH]²⁺)が議論されてきた。申請者らの研究グループは、In及びGaなど13族金属元素を導入したゼオライトによるメタン・エタン変換反応とin situ分光測定による活性種・メカニズム解明に取り組んでいる。最近、高温(700-800 °C)・H₂下でGa-MFIを処理すると、Ga⁺の一部が[GaH₂]⁺になり(Ga⁺ + H₂ → [GaH₂]⁺)、選択的エタン脱水素反応の活性点として作用することをつかんでいる。[GaH₂]⁺は高温真空下で分解することでGa⁺に戻り([GaH₂]⁺ → Ga⁺ + H₂)、再度H₂処理することで再生する。本研究では、ヒドリド源を含まない還元剤になるCO雰囲気下でのin situ XAFS測定により、H₂雰囲気や真空下のデータと比較した。

実験 / Experimental

BL14B1のガス流通設備と高温・加圧下でのin situ XAFS測定装置を利用し、常圧Heや高温・加圧COあるいはH₂下でのMFI内Ga種の局所構造測定を行った。スペクトル解析にはAthenaを用い、比較した。

結果と考察 / Results and Discussion

反応前のXANESスペクトルの吸収端はGa₂O₃と近く、酸化ガリウム種がゼオライトに固定化されていることが分かった。CO下にて高温で処理すると、吸収端が低エネルギー側へ大きくシフトし、イオン交換サイト上のGa⁺種の生成が示唆された。反応雰囲気をH₂に変えると吸収端の位置は変わらずに、10370 eV付近の吸収強度が著しく増大し、H₂圧力の増大に伴い、その吸収強度も増加した。H₂処理後、高温真空条件で処理すると、吸収強度が低下し、CO処理後と同程度であった。この吸収強度の増減はヒドリド種成分の増減に対応しており、ヒドリド種とカチオン種が異なる電子状態であることが示唆された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig1

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

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)

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

1. 前野禅「固相イオン交換によりゼオライト内に生成する金属錯体種のin situ分光測定と触媒機能」2第 11 回 SPring-8 グリーンサスティナブルケミストリー研究会, 2022年11月15日

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