SPring-8の高輝度放射光を利用した先端触媒開発

エヌ・ティー・エス／2006.10

当館請求記号：PA57-H21

目次

目次

• ■口絵

• ■序言
  ＜John Meurig Thomas＞

• ■発刊にあたって
  ＜安保正一＞

• ■執筆者一覧

• 第1章
  世界最高の大型放射光施設
• • 第1節
    放射光とSPring-8
    ＜永田正之＞
    ＜梅咲則正＞
    3
  • • 1.
      触媒研究と放射光
      3
  • • 2.
      SPring-8とは
      4
  • • 3.
      放射光とは
      4
  • • 4.
      放射光を発生させるための磁石
      6
    • • 4.1
        偏向電磁石(Bending Magnet)
        6
    • • 4.2
        挿入光源装置(Insertion Device)
        7
  • • 5.
      SPring-8の放射光の波長と明るさ
      9
    • • 5.1
        光エネルギーと波長
        10
    • • 5.2
        輝度とは
        10
  • • 6.
      放射光の特徴
      11
  • • 7.
      放射光を利用して行う研究
      11
  • • 8.
      X線と物質の相互作用
      11
  • • 9.
      SPring-8のハードウエア
      15
  • • 10.
      SPring-8施設の特徴
      17
    • • 10.1
        線型加速器
        17
    • • 10.2
        シンクロトロン
        18
    • • 10.3
        蓄積リング
        18
    • • 10.4
        ビームライン
        20
  • • 11.
      高輝度に伴う問題点
      22
  • • 12.
      検出器の進歩
      23
  • • 13.
      世界の3大放射光施設
      23
  • • 14.
      その他の世界の放射光施設
      23
• • 第2節
    SPring-8の産業利用
    ＜古宮聡＞
    26
  • • 1.
      はじめに
      26
  • • 2.
      エレクトロニクス
      26
    • • 2.1
        Si-LSI
        26
    • • 2.2
        ストレージデバイス
        29
  • • 3.
      素材(金属・高分子)
      31
    • • 3.1
        金属
        31
    • • 3.2
        高分子
        33
  • • 4.
      環境・エネルギー
      33
    • • 4.1
        二次電池・燃料電池
        33
    • • 4.2
        環境負荷物質の分析
        35
  • • 5.
      製薬・日常品
      36
  • • 6.
      おわりに
      39

• 第2章
  SPring-8を利用した触媒解析手法
• • 第1節
    緒言
    ＜広沢一郎＞
    43
• • 第2節
    放射光XAFS
    ＜本間徹生＞
    45
  • • 1.
      はじめに
      45
  • • 2.
      放射光を利用したXAFS測定について
      47
  • • 3.
      測定の実際
      48
  • • 4.
      おわりに
      50
• • 第3節
    放射光粉末X線回折
    ＜北野彰子＞
    52
  • • 1.
      BL19B2大型デバイシェラーカメラ概要
      52
  • • 2.
      自動車触媒用酸素貯蔵材料CeO₂-ZrO₂複合酸化物の結晶構造解析
      ＜野崎洋＞
      54
• • 第4節
    放射光薄膜X線散乱
    ＜佐藤真直＞
    60
  • • 1.
      試料のサイズと入射X線の照射域
      64
  • • 2.
      エネルギーの選定
      65
  • • 3.
      空気散乱によるバックグラウンドに対する対策
      65
• • 第5節
    放射光X線イメージング
    ＜梶原堅太郎＞
    67
  • • 1.
      はじめに
      67
  • • 2.
      放射光の特徴
      67
  • • 3.
      イメージング技術の種類
      68
  • • 4.
      検出器
      69
  • • 5.
      X線と物体との相互作用
      70
  • • 6.
      位相イメージング
      71
  • • 7.
      観察例
      72
• • 第6節
    放射光赤外分析
    ＜池本夕佳＞
    76
• • 第7節
    放射光蛍光X線分析
    ＜寺田靖子＞
    83
  • • 1.
      SPring-8における蛍光X線分析
      83
  • • 2.
      放射光蛍光X線分析の実際
      85
    • • 2.1
        高エネルギー蛍光X線分析鑑識科学分野への応用
        85
    • • 2.2
        高エネルギーX線マイクロビームの環境科学分野への応用
        87
  • • 3.
      まとめ
      90
• • 第8節
    放射光による光電子分光分析と触媒研究
    ＜小林啓介＞
    91
  • • 1.
      はじめに
      91
  • • 2.
      光電子分光法
      92
  • • 3.
      SPring-8における光電子分光
      94
    • • 3.1
        軟X線光電子分光
        94
    • • 3.2
        硬X線光電子分光
        96
  • • 4.
      応用
      99
    • • 4.1
        軟X線光電子分光によるSi表面酸化過程のモニタリング
        99
    • • 4.2
        硬X線光電子分光による金属クラスターの電子状態
        102
  • • 5.
      まとめ
      103

• 第3章
  放射光と触媒研究—その歴史と先端的測定技術への展望—
  ＜飯野潔＞
  ＜松岡雅也＞
  ＜安保正一＞
  107
• • 1.
    はじめに
    107
• • 2.
    放射光XAFSによる触媒研究の歴史
    107
• • 3.
    先進的な放射光利用と今後の触媒研究への展開
    108
  • • 3.1
      可視紫外分光と放射光XAFSの同時測定
      109
  • • 3.2
      放射光XAFSとその他の放射光X線分析とのコンビネーション測定
      111

• 第4章
  放射光を利用した新規先端触媒の測定法
• • 第1節
    各種X線分光法
    117
  • • 1.
      時間分解XAFSによる触媒反応研究—分散型XAFSを中心に—
      ＜朝倉清高＞
      ＜岩沢康裕＞
      117
    • • 1.1
        はじめに
        117
    • • 1.2
        [Ru₆C]／MgO触媒の構造速度論と構造ヒステリシス
        119
    • • 1.3
        Rh／Al₂O₃触媒のCO吸着誘起Rhクラスター崩壊過程
        122
    • • 1.4
        いろいろな分散型XAFS、Quick XAFS
        125
    • • 1.5
        まとめと将来展望
        127
  • • 2.
      軟X線吸収スペクトルと化学状態分析
      ＜河合潤＞
      129
    • • 2.1
        軟X線の定義と関連文献
        129
    • • 2.2
        軟X線吸収スペクトル実験の変遷
        129
    • • 2.3
        SPring-8における軟X線実験の特徴
        131
    • • 2.4
        酸化チタン光触媒の個別粒子分析
        131
  • • 3.
      偏光全反射蛍光XAFSによる金属—担体相互作用の研究—
      ＜朝倉清高＞
      ＜岩沢康裕＞
      135
    • • 3.1
        はじめに
        135
    • • 3.2
        偏光全反射蛍光EXAFS
        136
    • • 3.3
        Al₂O₃(0001)表面のNiの構造
        139
    • • 3.4
        TiO₂(110)表面のCu金属種の3次元構造解析
        141
    • • 3.5
        まとめ
        145
  • • 4.
      蛍光分光X線吸収微細構造による状態識別から低濃度元素選択、スペクトル分解能改良まで
      ＜泉康雄＞
      147
    • • 4.1
        はじめに
        147
    • • 4.2
        高比表面積メソポーラスV-TiO₂触媒のバナジウムサイト変換
        147
    • • 4.3
        微量鉛吸着除去用層状復水酸化物の除去メカニズム
        150
    • • 4.4
        Pt-Sn 2元系触媒中での助触媒Snの状態
        153
    • • 4.5
        まとめと展望
        155
  • • 5.
      XANESによる触媒の局所構造解析
      ＜吉田寿雄＞
      157
    • • 5.1
        はじめに
        157
    • • 5.2
        配位数の異なる金属酸化物種の定量的解析
        158
    • • 5.3
        酸化状態の定量的解析とin situ観察
        161
    • • 5.4
        おわりに
        165
  • • 6.
      触媒反応条件下でのin situ XAFS測定の現状
      ＜阪東恭子＞
      167
    • • 6.1
        触媒反応条件下でのXAFS測定
        167
    • • 6.2
        実施例
        168
    • • 6.3
        in situ測定における問題点
        172
    • • 6.4
        他手法と組み合わせた解析
        175
    • • 6.5
        まとめ
        176
  • • 7.
      XAFSによるモリブデン光触媒のin situ構造解析
      ＜一国伸之＞
      178
    • • 7.1
        はじめに
        178
    • • 7.2
        実験
        179
    • • 7.3
        結果と考察
        181
    • • 7.4
        おわりに
        186
  • • 8.
      XAFS解析の実際—簡便さと落とし穴—
      ＜渡辺巌＞
      188
    • • 8.1
        はじめに
        188
    • • 8.2
        XAFS実験の実際
        189
    • • 8.3
        EXAFS解析に関する問題点
        192
    • • 8.4
        おわりに
        200
• • 第2節
    高分散系触媒へのXAFSの応用
    201
  • • 1.
      触媒材料を対象とした研究におけるXAFS法の有効性
      —CuZSM-5での室温での窒素分子の吸着現象の解析—
      ＜黒田泰重＞
      ＜江村修一＞
      201
    • • 1.1
        はじめに
        201
    • • 1.2
        CuZSM-5中の銅イオンの状態解析
        202
    • • 1.3
        おわりに
        213
  • • 2.
      担持SnおよびZr酸化物触媒のXAFSスペクトルとカルボニル化合物の還元活性
      ＜西山覚＞
      216
    • • 2.1
        はじめに
        216
    • • 2.2
        実験
        216
    • • 2.3
        結果と考察
        217
  • • 3.
      ゼオライト担持貴金属触媒のXAFSによる活性種形成過程解析
      ＜奥村和＞
      ＜丹羽幹＞
      224
    • • 3.1
        はじめに
        224
    • • 3.2
        DXAFSによるPd／ゼオライト触媒におけるPdの動的挙動観察
        224
    • • 3.3
        QXAFS法による金／ゼオライト触媒での金クラスターの成長過程観察
        229
  • • 4.
      担持銅触媒の自動還元とCOによるNO選択還元
      ＜天野史章＞
      ＜田中庸裕＞
      234
    • • 4.1
        はじめに
        234
    • • 4.2
        CO-SCR反応を促進させる銅触媒の開発
        235
    • • 4.3
        アルミナ担持銅触媒のキャラクタリゼーション
        236
    • • 4.4
        XAFSによるアルミナ担持銅触媒のキャラクタリゼーション
        236
    • • 4.5
        アルミナ担持銅触媒の還元挙動
        237
    • • 4.6
        アルミナ担持銅触媒の自動還元
        240
    • • 4.7
        担持銅触媒上でのCO-SCR反応
        243
  • • 5.
      グリーンプロセスに向けた環境調和型固定化金属触媒の開発
      ＜金田清臣＞
      245
    • • 5.1
        はじめに
        245
    • • 5.2
        ハイドロキシアパタイト固定化金属触媒
        245
    • • 5.3
        金属交換モンモリロナイト触媒
        248
    • • 5.4
        多機能ハイドロタルサイト触媒
        250
    • • 5.5
        均一Pd触媒系—Solvent-Assisted Reoxidation of Pd⁰ Species—
        251
    • • 5.6
        おわりに
        252
  • • 6.
      XAFSによる水素化脱硫触媒のキャラクタリゼーション
      ＜久保田岳志＞
      253
    • • 6.1
        はじめに
        253
    • • 6.2
        CVD法によって調整されたCo-Mo触媒のXAFSによるキャラクタリゼーション
        253
    • • 6.3
        Co-WおよびNi-W触媒の硫化過程のXAFSによる状態観察
        254
    • • 6.4
        XAFSによるMo硫化物上でのSe-S交換反応機構の解析
        259
  • • 7.
      Cr-MCM-41によるCO₂を利用した酸化的脱水素反応
      ＜宍戸哲也＞
      262
    • • 7.1
        はじめに
        262
    • • 7.2
        CO₂を利用した酸化的脱水素反応
        262
    • • 7.3
        Cr-MCM-41のキャラクタリゼーション
        264
    • • 7.4
        Cr-MCM-41およびCr／Cab-O-Silに対する酸素処理の影響
        267
    • • 7.5
        Crオキソ種の構造変化
        267
    • • 7.6
        CO₂の役割
        270

• 第5章
  放射光を利用した新規先端触媒開発と応用
• • 第1節
    自動車触媒
    275
  • • 1.
      自動車触媒の課題とSPring-8利用技術への期待
      ＜杉浦正洽＞
      275
    • • 1.1
        はじめに
        275
    • • 1.2
        自動車触媒の基本技術
        275
    • • 1.3
        三元触媒システム
        276
    • • 1.4
        三元触媒の構造・機能と課題
        278
    • • 1.5
        自動車触媒の課題とSPring-8利用への期待
        281
  • • 2.
      放射光で見えたもの：インテリジェント触媒の研究開発
      ＜谷口昌司＞
      ＜上西真里＞
      ＜田中裕久＞
      284
    • • 2.1
        はじめに
        284
    • • 2.2
        インテリジェント触媒の研究開発と実用化
        284
    • • 2.3
        インテリジェント触媒の発展
        289
    • • 2.4
        おわりに
        292
  • • 3.
      ディーゼルエンジン排ガス浄化のためのNO_x選択還元触媒評価への放射光利用
      ＜清滝元＞
      ＜中川茂友＞
      295
    • • 3.1
        はじめに
        295
    • • 3.2
        実験
        296
    • • 3.3
        結果と考察
        298
    • • 3.4
        おわりに
        303
  • • 4.
      自動車触媒用酸素貯蔵材料CeO₂-ZrO₂複合酸化物のXAFS解析
      ＜長井康貴＞
      305
    • • 4.1
        はじめに
        305
    • • 4.2
        実験
        306
    • • 4.3
        結果
        307
    • • 4.4
        酸素貯蔵放出性能向上メカニズム
        316
    • • 4.5
        おわりに
        317
• • 第2節
    光触媒
    319
  • • 1.
      ゼオライト・メソ多孔質シリカに組み込んだシングルサイト光触媒の局所構造と光触媒特性
      ＜山下弘巳＞
      ＜森浩亮＞
      319
    • • 1.1
        はじめに
        319
    • • 1.2
        細孔内に分散した超微粒子光触媒と骨格に組み込んだシングルサイト光触媒の特徴
        320
    • • 1.3
        二酸化炭素と水からのメタン、メタノール合成(人工光合成)
        321
    • • 1.4
        NOとN₂とO₂に分解無害化(大気・空気の浄化)
        323
    • • 1.5
        光触媒／疎水性多孔質材料による汚染物質の濃縮分解(汚染水の浄化)
        324
    • • 1.6
        可視光応答型ゼオライト光触媒の開発
        324
    • • 1.7
        シングルサイト光触媒と光析出法を利用した高分散メタルクラスターの調整
        328
  • • 2.
      Vイオンの注入によるTi含有ゼオライト系光触媒の可視光機能化
      —XAFSによる局所構造と可視光化機構の解明—
      ＜胡芸
      ＜辻丸光一郎＞
      ＜安保正一＞
      333
    • • 2.1
        はじめに
        333
    • • 2.2
        Ti含有ゼオライトとメソ多孔質シリカ光触媒の調整
        333
    • • 2.3
        Ti含有ゼオライトとメソ多孔質シリカ光触媒の局所構造
        335
    • • 2.4
        Ti／ゼオライト系光触媒の可視光化とその発現機構の解明
        336
    • • 2.5
        おわりに
        339
  • • 3.
      XAFSを用いるエネルギー変換型光触媒のキャラクタリゼーション
      ＜寺村謙太郎＞
      ＜堂免一成＞
      342
    • • 3.1
        はじめに
        342
    • • 3.2
        エネルギー変換型光触媒について
        342
    • • 3.3
        NiO助触媒のキャラクタリゼーション
        343
    • • 3.4
        RuO₂助触媒のキャラクタリゼーション
        346
    • • 3.5
        おわりに
        349
  • • 4.
      XAFSによる高機能な酸化チタン系光触媒の局所構造解析
      ＜竹内雅人＞
      ＜安保正一＞
      351
    • • 4.1
        太陽光を有効利用する酸化チタン光触媒の開発意義
        351
    • • 4.2
        ドライプロセスとしてのイオン工学的成膜法
        352
    • • 4.3
        透明な酸化チタン薄膜光触媒の作製
        352
    • • 4.4
        酸化チタン薄膜光触媒の高機能化
        355
    • • 4.5
        おわりに
        360
  • • 5.
      高活性可視光応答型光触媒能を有するTi置換型層状複水酸化物の局所構造解析
      ＜中平敦＞
      364
    • • 5.1
        はじめに
        364
    • • 5.2
        層状化合物への複合化
        364
• • 第3節
    燃料電池
    373
  • • 1.
      XAFSによる電池・触媒材料の機能解明と火力発電技術への適用
      ＜山本融＞
      ＜栃原義久＞
      373
    • • 1.1
        はじめに
        373
    • • 1.2
        XAFS法による触媒・電池材料の評価
        374
    • • 1.3
        蛍光X線を利用した微量分析
        377
    • • 1.4
        おわりに
        380
  • • 2.
      放射光を利用した燃料電池用電極触媒のその場表面状態解析
      ＜今井英人＞
      382
    • • 2.1
        はじめに
        382
    • • 2.2
        固体高分子型燃料電池の原理と技術課題
        382
    • • 2.3
        水溶液中での白金の表面状態と白金触媒上での酸素還元反応、白金の酸化還元過程
        384
    • • 2.4
        電位制御下でのin situ XAFS解析
        385
    • • 2.5
        白金触媒の酸化還元過程のダイナミクス—エネルギー分散XAFS—
        388
    • • 2.6
        まとめと展望
        390
  • • 3.
      燃料電池用CoTPP／C触媒のin situ XANES解析
      ＜広嶋一崇＞
      ＜野中敬正＞
      ＜朝岡賢彦＞
      391
    • • 3.1
        はじめに
        391
    • • 3.2
        実験
        391
    • • 3.3
        結果と考察
        395
    • • 3.4
        おわりに
        401
  • • 4.
      燃料電池用H₂中の不純物COを高選択的に酸化除去するMo／SiO₂光触媒のXAFS解析
      ＜亀川孝＞
      ＜松岡雅也＞
      ＜安保正一＞
      402
    • • 4.1
        はじめに
        402
    • • 4.2
        XAFSを用いた高分散担持Mo酸化物光触媒の局所構造の解析
        402
    • • 4.3
        Mo酸化物の励起状態とその反応特性
        403
    • • 4.4
        高分散担持Mo酸化物光触媒上におけるH₂中のCOの選択酸化除去反応
        405
    • • 4.5
        Mo／SiO₂上でのCOの選択酸化の反応機構
        407
  • • 5.
      触媒処理した水素貯蔵材料のXAFS法によるキャラクタリゼーション
      ＜市川貴之＞
      ＜藤井博信＞
      410
    • • 5.1
        はじめに
        410
    • • 5.2
        無機系水素貯蔵材料
        410
    • • 5.3
        触媒処理による反応速度特性の向上
        412
    • • 5.4
        XAFS法を用いた触媒のキャラクタリゼーション
        415
    • • 5.5
        おわりに
        418
• • 第4節
    ナノテクノロジー
    420
  • • 1.
      カーボンナノチューブのエレクトロニクス応用のためのナノチューブ／金属低抵抗接合界面構造の解明
      ＜粟野祐二＞
      ＜二瓶瑞久＞
      ＜近藤大雄＞
      420
    • • 1.1
        はじめに
        420
    • • 1.2
        カーボンナノチューブのCVD成長
        422
    • • 1.3
        SPring-8におけるカーボンナノチューブ／金属電極界面構造の解析
        423
    • • 1.4
        おわりに
        425
  • • 2.
      ナノチューブ成長用触媒金属のSi清浄表面および酸化膜における反応過程のSPELEEMによる研究
      ＜前田文彦＞
      426
    • • 2.1
        はじめに
        426
    • • 2.2
        実験
        427
    • • 2.3
        実験結果
        428
    • • 2.4
        考察
        434
    • • 2.5
        おわりに
        436
  • • 3.
      金ナノ触媒を用いた化合物半導体ナノワイヤの結晶成長
      ＜渡辺義夫＞
      ＜川村朋晃＞
      439
    • • 3.1
        はじめに
        439
    • • 3.2
        金ナノ触媒を用いたナノワイヤ結晶成長
        440
    • • 3.3
        ナノワイヤ結晶の成長とX線回折による評価
        441
    • • 3.4
        ナノワイヤ結晶の構造評価
        444
    • • 3.5
        フォトルミネッセンス
        445
    • • 3.6
        カソードルミネッセンス
        446
    • • 3.7
        おわりに
        447
  • • 4.
      超音波還元貴金属ナノ複合粒子のEXAFSによる研究
      ＜谷口良一＞
      ＜岩瀬彰宏＞
      450
    • • 4.1
        はじめに
        450
    • • 4.2
        超音波還元法
        450
    • • 4.3
        AuPdコアシェル粒子
        451
    • • 4.4
        AuPdナノ粒子のEXAFS測定
        453
    • • 4.5
        Au-Pt複合ナノ粒子のXAFS
        456
    • • 4.6
        おわりに
        458
• • 第5節
    廃棄物中の微量触媒
    459
  • • 1.
      ごみ焼却飛灰における銅の触媒作用によるダイオキシン類の生成
      ＜高岡昌輝＞
      459
    • • 1.1
        はじめに
        459
    • • 1.2
        放射光を用いた飛灰中銅の挙動解析
        461
    • • 1.3
        おわりに
        466
  • • 2.
      PET樹脂中に微量存在する触媒成分(Ge、Sb)のXAFSによる状態解析
      ＜塩沢一成＞
      468
    • • 2.1
        はじめに
        468
    • • 2.2
        実験
        470
    • • 2.3
        結果
        471

• 付録
  SPring-8利用申請の手順

• ■略語一覧

• ■事項索引