脱貴金属を目指した自動車触媒の研究

Precious-metal-free automotive catalyst in the elements science and technology project

西畑 保雄; 松村 大樹   

Nishihata, Yasuo; Matsumura, Daiju

インテリジェント触媒(自動車触媒)の自己再生及び触媒反応中の貴金属Pdナノ粒子の状態変化をXAFSにより「その場」観察し、従来型の担持触媒と異なった振る舞いを明らかにした。酸化銅の表面で高い触媒活性が得られるという理論的指針に基づき、貴金属の代替元素として主としてCuを検討した。金属ナノ粒子-担体間の相互作用を制御することにより、Cuの酸化還元特性を貴金属に近づけることができることがわかった。また、貴金属に比べて性能の劣る元素であるCuとNiを組合せたところ、NO還元性能が向上した。Ni-Cu合金ではNiの優先的酸化によりCu表面の還元状態が維持されていることがわかった。この様な設計指針により開発されたCu触媒は、初期品の限定的な条件下ではあるが、高い触媒性能を達成することができた。

Self-regeneration of the intelligent catalyst as an automotive catalyst was observed by XAFS. Palladium nano-particles in catalytic reaction were also observed to elucidate the difference in activity between the intelligent catalyst and the conventional one. Copper has been investigated as a candidate to replace precious metals since the first-principle theory predicts an active copper surface for NO dissociation. The redox property of Cu turned into a similar property of precious metals by managing the interaction between Cu particles and a substrate. The conversion efficiency of Ni-Cu alloy particles increased than each element alone. The Ni was oxidized faster than the Cu so as to maintain a metallic surface of Cu. These properties of Cu were incorporated into new design of a Cu catalyst, which has achieved high catalytic activity with the regular operation of engine in the beginning.