2018 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of novel reaction processes by precise control of highly active hydrogen
| Project Area | HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions |
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| Project/Area Number |
18H05517
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山内 美穂 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (10372749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 教授 (50202403)
張 浩徹 中央大学, 理工学部, 教授 (60335198)
島 隆則 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (60391976)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 高活性水素 / ナノ構造体 / 反応促進 / ヒドリド / 合金ナノ粒子 / 膜 / クラスター / 錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複数の水素機能の相乗効果による“高次水素機能”の誘起により個別の水素機能だけでは実現困難な革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成が期待される。本計画研究では、（水素）クラスター、薄膜、ナノ粒子などのナノ構造体の高活性界面の高度利用と、反応促進に関わる領域全体の連携により、高活性水素による新規反応プロセスを創出することを目的とする。本年度は、主にステージI、ナノ構造体（クラスター、薄膜、ナノ粒子）の界面で高活性水素（プロトンH+、原子状水素H0、ヒドリドH-）を高選択的に生成するための手法を確立する研究を行なった。
具体的には次のような成果が得られた。
（１）Ru50Fe50/MgO触媒は、アンモニア合成触媒として高い活性と披毒耐性を持つことがわかった。これは、合金組成により、窒素の活性化と水素との結合性が最適化されたためであることが明らかとなった。
（２）高分解能電子エネルギー損失分光法によりPd70Au30（110）上のシス-2-および1-ブテンの反応を調べた。その結果、両方のブテン異性体がπ結合状態にあり、そして１－ブテンが約２５０Ｋで不可逆的にシス－２－ブテンに変換することが証明された。
（３）チタントリアルキル錯体と水素および窒素との反応を実験および密度汎関数理論による計算から詳細に調べた。その結果、N-H 結合切断/生成が窒素分子活性化の鍵であることが明らかとなった。
（４）塩基および電子供与体の非存在下、CO 2を使ったo-フェニレンジアミンの光化学的カルボキシル化を報告した（2,3-ジアミノ安息香酸（DBA）が28％の合成収率および0.22％の量子収率（Φ（％））で得られた。CO2による有機分子の直接カルボキシル化の推進力として光を使用するための効果的であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
高活性水素（プロトンH+、原子状水素H0、ヒドリドH-）を高選択的に生成するための手法を確立するため、ナノ粒子界面での原子状高活性水素の制御に取り組んだ。その結果、組成によりナノ合金表面の電子状態を制御することで、水素化反応に最適な高活性水素を発生させることに成功した。また、高活性水素を測定するための新しい知見を得た。さらに、クラスター構造の最適化により、新規の水素クラスターの合成や安価なFeイオンと電子プーリング機能を有する配位子を用いた錯体の合成に成功するなど、高活性水素を選択的に生成するために必要なナノ構造体の作製するとともに、新たな高活性水素の反応界面の作製を達成したことは、次のステージに繋がる大きな成果であるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
反応プロセス促進機能の高度化（ステージⅠ）、学問分野の枠を超えた水素機能の融合（ステージⅡ）、領域全体での多彩な高次水素機能の誘起（ステージⅢ）に順次取り組むつもりである。今後は、本年度に蓄積した知見をもとに、反応プロセス促進機能の高度化に対応するステージIを実現するため、高活性水素を選択的に生成するためのナノ構造体界面を構築する技術の確立に注力するつもりである。さらに、ステージIIを行う上で、計画班内外での共同研究を円滑に進めるため、研究者間の議論する場を多く設けて、課題設定と問題抽出に加え、サンプル取り扱いや測定条件など、実験を行う上での具体的な注意点などについて綿密な確認を行う。
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