• Home
  • 論文一覧
  • 実験と第一原理計算およびマテリアルズインフォマティクスの統合フローによる自動車排ガス用合金触媒の探索

実験と第一原理計算およびマテリアルズインフォマティクスの統合フローによる自動車排ガス用合金触媒の探索

要旨

自動車排ガス浄化用触媒に用いられる貴金属使用量を低減できる合金触媒の探索を効率的におこなう新たなフローを構築した.このフローの特徴は,従来からおこなわれてきている触媒活性試験や光電子分光法など実験的手法と,計算機を用いた第一原理計算ならびにマテリアルズインフォマティクスそれぞれの特徴を機能的に統合したことである.まず初めに実験と第一原理計算を併用して一酸化窒素の還元反応解析をおこない,触媒性能指標となる電子状態密度を設定した.次にその電子状態密度を目的変数として,マテリアルズインフォマティクスと第一原理計算を用いて二元系合金触媒の性能序列を予測した.そして性能上位と計算された十数種類の二元系合金触媒を実際に合成し性能測定をおこなった.その結果,現在触媒の活性金属として主に用いられているパラジウム触媒より高性能を発揮する合金触媒を創出することができ,統合フローの有用性を確認できた.

参考文献

  1. (1) 大須賀稔,山岡士朗,伊藤浩道,佐野博久,石橋融,中薗義盛:自動車分野における地球環境と都市環境への配慮,日立論評,Vol. 99, No. 5, p. 532-539, (2017)
  2. (2) Rood, S., Eslava, S., Manigrasso, A., Bannister, C.: Recent advances in gasoline three-way catalyst formulation: A review, Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol. 234, Issue 4, p. 936–949, (2020)
  3. (3) 独立行政法人 物質・材料研究機構:全面代替に向けた材料戦略の視点,材料と全面代替戦略~NIMSにおける取り組みからその可能性を探る~,p. 5-21, (2009)
  4. (4) 小澤正邦:環境浄化触媒材料の微細構造制御と高機能化 -アルミナ触媒担体を例として-,粉末および粉末冶金,第64巻,第5号,p. 230-237, (2017)
  5. (5) 上松敬禧,中村潤児,内藤周弌,三浦弘,工藤昭彦:6章 触媒反応場の構造と物性,触媒化学,朝倉書店,p. 99-126, (2004)
  6. (6) Hammer, B., Morikawa, Y., Norskov, J. K.: CO Chemisorption at Metal Surfaces and Overlayers, Physical Review Letters, Vol. 76, No. 12, (1996)
  7. (7) Hammer, B., Norskov, J. K.: Theoretical surface science and catalysis -Calculation and Concepts, ADVANCES in CATALYSIS, Vol. 45, (2000)
  8. (8) Kishi, H., Padama, A. A. B., Arevalo, R. L., Moreno, J. L. V., Kasai, H., Taniguchi, M., Uenishi, M., Tanaka, H., Nishihata, Y.: A Theoretical study of the reactivity of Cu2O(111) surface: the case of NO dissociation, J. Phys. Condens. Matter, Vol. 24, No. 26, (2012)
  9. (9) Kasai, H., Padama, A. A. B., Nishihata, Y., Tanaka, H., Mitachi, C.: Elements Science and Technology Project: Design of Precious Metal Free Catalyst for NO Dissociation, J. Jpn. Petrol. Inst., Vol. 56, Issue 6, p. 357-365, (2013)
  10. (10) Gajdos, M., Hanfner, J., Eichler, A.: Ab intio density-functional study of NO adsorption on close-packed transition and noble metal surfaces: Ⅱ. Dissociative adsorption, J. Phys. Condens. Matter, Vol. 18, Issue 1, p. 41-54, (2006)
  11. (11) Li, X., Gao, H.: DFT Analysis of NO Adsorption on the Undoped and Ce-Doped LaCoO3 (011) Surface, Materials, Vol. 12, Issue 9, p. 1379-1394, (2019)
  12. (12) Ito, T., Shimizu, Y.: Activation energy calculation of NO–CO reaction on rhodium surface by density functional theory, Catalysis Today, Vol. 332, p. 272-279, (2019)
  13. (13) Seko, A., Togo, A., Hayashi, H., Tsuda, K., Chaput, L., Tanaka, I.: Prediction of Low-Thermal-Conductivity Compounds with First-Principles Anharmonic Lattice-Dynamics Calculations and Bayesian Optimization, Phys. Rev. Lett., Vol. 115, Isuue 20, Article No. 205901, (2015)
  14. (14) Seko, A., Hayashi, H., Tanaka, I.: Compositional descriptor-based recommender system for the materials discovery, J. Chem. Phys., Vol. 148, Issue 24, Article No. 241719, (2018)
  15. (15) 阿部秀樹:自動車排出ガス触媒の現状と将来,科学技術動向2010年12月号,科学技術政策研究所 科学技術動向研究センター,p. 8-16, (2010)
  16. (16) 松本益明:Pt(111)表面上の一酸化窒素吸着構造,Journal of the Vacuum Society of Japan, Vol. 52, Issue 2, p. 47-55
  17. (17) 堂前和彦:排ガス触媒のオペランド解析,まてりあ,第52巻,第12号,p. 563-566,(2013)
  18. (18) 古川敦史,池田知廣,岡山竜也:スマートマテリアルズインフォマティクスを用いた材料研究手法,Honda R&D Technical Review, Vol. 29, No. 1, p. 84-90
  19. (19) Atkins, P., Overton, T., Rourke, J., Weller, M., Armstrong, F.:第2章 分子構造と結合, シュライバーアトキンス 無機化学(上)第4版,東京化学同人,p. 49-104, (2008)
  20. (20) Paolo, G., Stefano, B., Nicola, B., Matteo, C., Roberto, C., Carlo, C., Davide, C., Guido, L. C., Matteo, C., Ismaila, D., Andrea, D. C., Stefano, G., Stefano, F., Guido, F., Ralph, G., Uwe, G., Christos, G., Anton, K., Michele, L., Layla, M. S., Nicola, M., Francesco, M., Riccardo, M., Stefano, P., Alfredo, P., Lorenzo, P., Carlo, S., Sandro, S., Gabriele, S., Ari, P. S., Alexander, S., Paolo, U., Renata, M. W.: QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials, J. Phys. Condens. Matter, Vol. 21, No. 39, 395502, (2009)
  21. (21) Jonsson, H., Mills, G., Jacobsen, K. W.: CHAPTER 16; Nudged elastic band method for finding minimum energy paths of transitions, Classical and quantum dynamics in condensed phase simulations, World Scientific, p. 385-404, (1998)
  22. (22) Vosko, S. H., Wilk, L., Nusair, M.: Accurate spin-dependent electron liquid correlation energies for local spin density calculations: a critical analysis, Can. J. Phys., Vol. 58, p. 1200-1211, (1980)
  23. (23) Delley, B.: An All-Electron Numerical Method for Solving the Local Density Functional for Polyatomic Molecules, J. Chem. Phys., Vol. 92, Isuue 1, p. 508-517, (1990)
  24. (24) Delley, B.: From molecules to solids with the DMol3 approach, J. Chem. Phys., Vol. 113, Issue 18, p. 7756-7764, (2000)
  25. (25) Alayoglu, S., Eichhorn, B.: Rh−Pt Bimetallic Catalysts: Synthesis, Characterization, and Catalysis of Core−Shell, Alloy, and Monometallic Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., Vol. 130, Issue 51, p. 17479-17486, (2008)
  26. (26) 山内美穂:無機ナノ粒子の構造制御による新機能発現,表面科学,Vol. 38, No. 1, p. 24-29, (2017)
  27. (27) Hinokuma, S., Misumi, S., Yoshida, H., Machida, M.: Nanoparticle catalyst preparation using pulsed arc plasma deposition, Catal. Sci. Technol., Vol. 5, Issue 9, p. 4249-4257, (2015)

著者(所属)

掲載情報

Honda R&D Technical Review Vol.32 No.2 収録 (97 - 106)

論文PDF

PDF 1.2MB

引用情報

廣瀬 哲, 三上 仁志, 迫田 昌史, 竹折 浩樹, 岡山 竜也.
実験と第一原理計算およびマテリアルズインフォマティクスの統合フローによる自動車排ガス用合金触媒の探索
Honda R&D Technical Review Vol.32 No.2 pp.(97 - 106)2020.
引用情報をコピー
コピーしました