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Catalytic reactions through activation of carbon dioxide by transition metal clusters

Research Project

Project/Area Number 17K05743
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Koyasu Kiichirou  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20508593)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords貴金属 / イリジウム / イオン移動度分析法 / 光電子分光法 / 質量分析法 / レーザー蒸発法 / 磁気ボトル型光電子分光法 / 遷移金属 / MALDI質量分析法 / イオン移動度質量分析法 / コバルト / 遷移金属クラスター / 高分子保護 / 光電子スペクトル / 水素化反応 / 触媒・化学プロセス
Outline of Final Research Achievements

In this study, we obtained the following results related to activation of small molecules by metal clusters. (1) The relative stability of isomers of AuCO2- was investigated from the temperature dependence of adsorption state of CO2 on gold atomic anions. In addition, (2) we investigated structural changes observed in the initial stage of the oxidation reaction on the surface of metal clusters under oxygen atmosphere, and obtained intermediate structures between the surface oxidation and further oxidation. Furthermore, as clusters generated by applying the laser vaporization method in the gas phase, we found (3) iridium clusters with a cubic structure different from the bulk state and (4) aluminum dicarbide clusters. Then, (5) we developed a setup for extracting clusters generated by laser vaporization method in the gas phase.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属クラスターは,バルクやナノ粒子と異なる反応性を示すことから注目を集めている。本研究では,金属クラスターによる分子活性化の温度依存性や表面酸化の初期過程について調べ,大気雰囲気下で触媒として利用する際に影響を与える可能性がある構造変化を調べた。また,イリジウムやアルミニウムを含む,特異的な組成や低配位数構造をもつ金属クラスターを真空実験で見出し,これらを溶液中に取り出す手法の開発も進めた。このように,金属クラスターの特異な反応性を触媒などの応用へとつなげるための知見が得られ,最終的に金属クラスターの機能性材料への展開につながると期待される。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Structural Evolution of Iridium Oxide Cluster Anions IrnOm- (n = 5-8) with Sequential Oxidation: Binding Mode of O Atoms and Ir Framework2019

    • Author(s)
      R. Tomihara, K. Koyasu, T. Nagata, J. W. J. Wu, M. Nakano, K. Ohshimo, F. Misaizu, T. Tsukuda
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 123 Issue: 24 Pages: 15301-15306

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b02935

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural Evolution of Iridium Oxide Cluster Anions IrnOm- (n = 5-8) with Sequential Oxidation: Binding Mode of O Atoms and Ir Framework2019

    • Author(s)
      Ryohei Tomihara, Kiichirou Koyasu, Toshiaki Nagata, Jenna W. J. Wu, Motoyoshi Nakano, Keijiro Ohshimo, Fuminori Misaizu, and Tatsuya Tsukuda
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 印刷中

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      2018 Research-status Report
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  • [Journal Article] 炭素含有アルミニウムクラスターAlnC2-の構造多様性2018

    • Author(s)
      鶴岡和幸,小安喜一郎,平林慎一,市橋正彦,佃達哉
    • Journal Title

      ナノ学会会報

      Volume: 17 Pages: 11-15

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  • [Journal Article] Size-Dependent Polymorphism in Aluminum Carbide Cluster Anions AlnC2-: Formation of Acetylide-Containing Structures2018

    • Author(s)
      Kazuyuki Tsuruoka, Kiichirou Koyasu , Shinichi Hirabayashi, Masahiko Ichihashi, Tatsuya Tsukuda
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Issue: 15 Pages: 8341-8347

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b12767

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  • [Presentation] Activation of small molecules utilizing size specific electronic and geometric structures of clusters in the gas phase2020

    • Author(s)
      小安 喜一郎
    • Organizer
      ナノ構造・物性-ナノ機能・応用部会合同シンポジウムプログラム
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  • [Presentation] Size evolutions of specific structures of metal clusters generated in the gas phase2020

    • Author(s)
      小安 喜一郎,美齊津 文典,佃 達哉
    • Organizer
      Symposium on Size Selected Clusters 2020
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] イリジウムクラスターの立方体モチーフに基づいた構造と酸化による構造変化2019

    • Author(s)
      小安 喜一郎,冨原 良平,永田 利明,Wu Jenna W. J.,中野 元善,大下 慶次郎,美齊津 文典,佃 達哉
    • Organizer
      第13回分子科学討論会2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属クラスターの化学反応性を用いた分子の活性化2019

    • Author(s)
      小安 喜一郎
    • Organizer
      触媒材料の金属学研究会 第4回 ミニシンポジウム
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Structural transition in the sequential oxidation of iridium cluster anions revealed by ion mobility measurements2019

    • Author(s)
      TOMIHARA, Ryohei; NAGATA, Toshiaki; WU, Jenna W. J.; KOYASU, Kiichirou; NAKANO, Motoyoshi; OHSHIMO, Keijiro; MISAIZU, Fuminori; TSUKUDA, Tatsuya
    • Organizer
      日本化学会第99春季年会
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  • [Presentation] イリジウム酸化物クラスターの生成初期過程2018

    • Author(s)
      小安喜一郎,冨原良平,佃達哉
    • Organizer
      ナノ学会第16回大会
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  • [Presentation] 炭素含有アルミニウムクラスターAlnC2-のサイズ変化に対する構造多様性、ポスター2018

    • Author(s)
      鶴岡和幸,小安喜一郎,平林慎一,市橋正彦,佃達哉
    • Organizer
      ナノ学会第16回大会
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  • [Presentation] Ir酸化物クラスター負イオンのイオン移動度測定:酸化の進行に伴う構造モチーフの転換2018

    • Author(s)
      冨原良平,永田利明,Wu Jenna W. J.,小安喜一郎,中野元善,大下慶次郎,美齊津文典,佃達哉
    • Organizer
      第12回分子科学討論会
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  • [Presentation] 炭素含有アルミニウムクラスターAlnC2-の構造多様性2018

    • Author(s)
      鶴岡和幸,小安喜一郎,平林真一,市橋正彦,佃達哉
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Size-dependent Polymorphism in Aluminum Carbide Cluster Anions AlnC2-2018

    • Author(s)
      K. Tsuruoka, K. Koyasu and T. Tsukuda
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Initial stage of formation of iridium oxide cluster anions2018

    • Author(s)
      K. Koyasu, R. Tomihara, T. Tsukuda
    • Organizer
      日本化学会春季年会2018
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  • [Presentation] 炭素を含むアルミニウムクラスターの生成と構造評価2017

    • Author(s)
      小安 喜一郎, 鶴岡 和幸, 佃 達哉
    • Organizer
      IQCE量子化学探索講演会2017
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    • Invited
  • [Presentation] イリジウムクラスター負イオンの酸化反応の初期過程2017

    • Author(s)
      澁谷 亮太,小安 喜一郎,冨原 良平,佃 達哉
    • Organizer
      第120回 触媒討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 遷移金属酸化物クラスター負イオンの耐酸化性2017

    • Author(s)
      小安 喜一郎,澁谷 亮太,冨原 良平,佃 達哉
    • Organizer
      第11回 分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Remarks] 東京大学佃研究室・メンバーページ

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/chemreact/member/member_Koyasu.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻化学反応学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/chemreact/index.html

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  • [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻化学反応学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/chemreact/

    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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