フラーレンＣ６０を用いた新規ハイブリッド触媒の開発

• Project/Area Number: 15J00702
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中塚 和希 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 金属ナノ触媒 / 炭素材料 / 有機金属化合物 / 熱分解 / Co(salen)錯体 / フラーレン / 光析出法 / メソポーラスシリカ / ルテニウム

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究によりフラーレンC60を光応答性分子として触媒に組み込むことでアンモニアボランなどの水素キャリアからの脱水素反応に有効な触媒設計を試みてきた。また、フラーレンC60を用いた研究の知見を生かし、炭素材料に担持したCo(salen)を金属前駆体として、金属ナノ触媒の調製法を開発した。既報の方法でCo（salen）を調製し炭素担体に含浸後、熱処理を施すという簡便な方法で触媒活性点の制御を実現してきた。
当該年度は、更なる研究の発展を求めて、有機金属化合物であるCo(salen)に代わり、Ni含有金属有機構造体(Ni-MOF)を前駆体として用いることで、ナノ構造制御された金属活性種を有する炭素触媒材料の開発を行った。既報のNi-MOFに適切な熱処理を施し、Ni-MOFを部分的に分解することで、多孔質炭素上に均一な粒子径のNi粒子が高分散に担持されることを見出した。また、本触媒が残存したMOF構造によりオレフィンの水素化反応に対して基質のサイズ選択性を発現することを見出した。得られた触媒の構造について、高輝度光科学研究センター(SPring-8)での放射光XAFS測定やTEM観察、XRD測定などの分析手法をうまく組み合わせることで解析し、その構造と触媒性能との関係性を明らかにしている。
また、当該年度において計1報の論文投稿および国内外学会の5件の発表を行うなど、多くの研究成果を出している。これらの研究成果をフィードバックすることで、将来的に研究の更なる発展が期待される。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Controlled Pyrolysis of Ni‐MOF‐74 as a Promising Precursor for the Creation of Highly Active Ni Nanocatalysts in Size‐Selective Hydrogenation (2018)
  • Author(s): Kazuki Nakatsuka, Takeharu Yoshii, Yasutaka Kuwahara, Kohsuke Mori and Hiromi Yamashita
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Issue: 4 Pages: 898-905
  • DOI: 10.1002/chem.201704341
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Carbon-Supported Pd-Co Bimetallic Catalysts Templated by Co Nanoparticles Using the Galvanic Replacement Method for Selective Hydrogenation (2017)
  • Author(s): Takeharu Yoshii, Kazuki Nakatsuka, Yasutaka Kuwahara, Kohsuke Mori, Hiromi Yamashita
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 7 Issue: 36 Pages: 22294-22300
  • DOI: 10.1039/c7ra03846a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Controlled synthesis of carbon-supported Co catalysts from single-sites to nanoparticles: characterization of the structural transformation and investigation of their oxidation catalysis (2017)
  • Author(s): K. Nakatsuka, T. Yoshii, Y. Kuwahara, K. Mori, H. Yamashita
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 19 Issue: 7 Pages: 4967-4974
  • DOI: 10.1039/c6cp06388h
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Specific Enhancement of Activity of Carbon-supported Single-site Co Catalyst in the Microwave-assisted Solvent-free Aerobic Oxidation (2017)
  • Author(s): T. Yoshii, K. Nakatsuka, Y. Kuwahara, K. Mori, H. Yamashita
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 789-791
  • DOI: 10.1246/cl.170118
  • NAID: 130005689359
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] New Method for the Synthesis of Ru Nanoparticles Using Photoexcited Fullerene C60-containing Mesoporous Silica as a Catalyst Support (2015)
  • Author(s): K. Nakatsuka, Y. Kuwahara, K. Mori, H. Yamashita.
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 44 Issue: 12 Pages: 1691-1693
  • DOI: 10.1246/cl.150821
  • NAID: 130005112549
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 高次制御されたコアシェル型ナノ金属・シングルサイト触媒の調製と高効率one-pot酸化反応 (2015)
  • Author(s): 中塚和希，岡田周祐，王生翔平，桑原泰隆，森浩亮，山下弘巳
  • Journal Title: 触媒(触媒学会誌) Volume: 57 Pages: 190-190
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ni-MOF-74の熱分解過程における構造変化とその構造が触媒性能に与える影響 (2018)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第１２１回 触媒討論会
• [Presentation] Ni-MOFの熱処理による高性能Ni触媒の開発とその触媒作用 (2017)
  • Author(s): 中塚和希，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第119回触媒討論会
  • Place of Presentation: 首都大学東京(東京都八王子市 )
  • Year and Date: 2017-03-21
• [Presentation] 熱分解によるNi-MOFからのNi/carbon触媒の開発とその特異な触媒性能 (2017)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Co(salen)錯体構造を利用したカーボン担持Coシングルサイト触媒の調製とその触媒作用 (2017)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 石油学会 第60回年会（第66回研究発表会，第22回JPIJSポスターセッション）
• [Presentation] 熱分解によるNi-MOFからのNiナノ粒子触媒の開発とその触媒作用 (2017)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第47回石油・石油化学討論会
• [Presentation] Preparation of Single-Site Co Catalyst from Co(salen) Complex and Carbon Materials (2017)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Takeharu YOSHII, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: 16th Korea-Japan Symposium on Catalysis & 3rd International Symposium of Institute for Catalysis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of Carbon-supported Single-site Co Catalyst using Co(salen) Complex (2017)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Takeharu YOSHII, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: EUROPACAT 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 炭素担持Coサレン錯体の熱処理によるシングルサイト触媒の調製とその触媒性能 (2016)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第43回炭素材料学会年会
  • Place of Presentation: 千葉大学(千葉県千葉市)
  • Year and Date: 2016-12-07
• [Presentation] DESIGN OF CORE-SHELL CATALYST WITH HYDROPHOBIC SURFACE FOR HIGHLY EFFICIENT ONE-POT OXIDATION (2016)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: 6th Asia-Oceania Conference on Sustainable and Green Chemistry (AOC-SGC6)
  • Place of Presentation: The City University of Hong Kong, Hong Kong, China
  • Year and Date: 2016-11-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Co(salen)錯体を前駆体としたカーボン担持シングルサイト触媒の開発 (2016)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第118回触媒討論会
  • Place of Presentation: 岩手大学(岩手県盛岡市)
  • Year and Date: 2016-09-20
• [Presentation] カーボン担持シングルサイト触媒のCo活性種の構造変化と触媒性能への影響 (2016)
  • Author(s): 中塚和希
  • Organizer: 触媒学会若手会第37回夏の研修会
  • Place of Presentation: 熱川ハイツ(静岡県伊豆市)
  • Year and Date: 2016-08-03
• [Presentation] Application of fullerene C60 incorporated into SBA-15 to the new photo-assisted deposition method (2016)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: The 9th International Conference on Environmental Catalysis (ICEC)
  • Place of Presentation: Newcastle, Australia
  • Year and Date: 2016-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of Uniform Ru nanoparticles by Photo-assisted Deposition Method over Fullerene C60 Incorporated into SBA-15 (2016)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: International Symposium on Nanostructured Photocatalysts and Catalysts (NPC2016)
  • Place of Presentation: Osaka University, Osaka, Japan
  • Year and Date: 2016-04-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フラーレンC60内包メソポーラスシリカを用いたルテニウムナノ粒子の調製とその触媒作用 (2016)
  • Author(s): 中塚和希，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第117回触媒討論会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府堺市中区)
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] カーボン担持Co(salen)を前駆体としたCo活性種の構造変化と触媒活性への影響 (2016)
  • Author(s): 中塚和希，吉井丈晴，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 2016年スマートプロセス学会秋季総合学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府吹田市)
• [Presentation] Photo-Assisted Decomposition of Ru Nanoparticles on the Fullerenes-Introduced Mesoporous Silica and its Catalytic Application (2015)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メソポーラスシリカに内包したフラーレンC60を用いた光析出法によるルテニウム触媒の調製 (2015)
  • Author(s): 中塚和希，森浩亮，桑原泰隆，山下弘巳
  • Organizer: 第116回触媒討論会
  • Place of Presentation: 成蹊大学 (東京都武蔵野市吉祥寺北町)
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Preparation of Core Shell Catalyst with Hydrophobic Surface and its Catalysis for One-Pot Oxidation (2015)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: Work shop on layered materials
  • Place of Presentation: Trest, Czech
  • Year and Date: 2015-09-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フラーレンC60を用いた光析出法によるルテニウムナノ粒子の調製とアンモニアボランからの水素生成 (2015)
  • Author(s): 中塚和希
  • Organizer: 触媒学会若手会第36回夏の研修会
  • Place of Presentation: ホテルニュー伊香保(群馬県渋川市伊香保町)
  • Year and Date: 2015-08-06
• [Presentation] Highly Efficient One-pot Oxidation using in-situ Generated H2O2 over Core Shell Catalyst with hydrophobic surface (2015)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: 4th JACI/GSC Symposium
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2015-07-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Design of Core Shell Catalyst Pd/SiO2@Ti-containing Mesoporous Silicas with Hydrophobic Surface for One-Pot Oxidation (2015)
  • Author(s): Kazuki NAKATSUKA, Kohsuke MORI, Yasutaka KUWAHARA, Hiromi YAMASHITA
  • Organizer: ZMPC2015
  • Place of Presentation: Hokkaido, Japan
  • Year and Date: 2015-06-28
  • Int'l Joint Research