ハイブリッドメソ細孔材料を利用するナノ構造体の鋳型合成と集積触媒素子の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340213
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 市川 勝 北海道大学, 触媒化学研究センター, 教授 (70176288)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 稲垣 伸二 (株)豊田中央研究所, フロンティア研究部門, 第2グループリーダー ; 福岡 淳 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教授 (80189927)
• Keywords: ハイブリッドメソ細孔材料 / ナノ構造体 / 鋳型合成 / 集積触媒素子 / Zeoenzyme / ナノ細線 / ナノ粒子

Research Abstract

平成14年度には、まず有機基成分を(-CH_2-)n(n=2)及びフェニレン基に持つ有機・無機ハイブリッドメソ多孔質材を合成法の確立とハイブリッドメソ空間での金属及び合金ナノ細線や一次元ナノ粒子などのナノ構造体のシップインボトル合成法の展開研究を行った。メソ細孔に導入したH_2PtCl_6やHAuCl_4の還元反応を光照射下で行うことにより、ハイブリッドメソ細孔内にアレイ型ネックレスナノ細線を作成することができた。鋳型合成されたネックレスナノ細線やナノ金属粒子をHF試剤を用いて抽出・単離して、STM/AFM装置を用いて構造測定を行ったところ、完全なネックレス構造であることを明らかにした。(1)細孔内に生成した一次元Pt, Pd, Auナノ粒子及びナノ細線の生成生長過程の微視的プロセスを、in-situ EXAFS法、高分解電子顕微鏡を用いて明らかにした。平成14年8月に本申請で購入したナノ局所操作AFM/STM解析装置を立ち上げて、メソ細孔から抽出単離されたPt及びAuのナノ粒子やナノ細線やPtPd, PtRhからなるネックレス型ナノ合金細線の構造評価に成功した。(2)有機成分基の種類(R=CH3,C2H4,C3H6,フェニル基等)に変えて作成した有機・無機ハイブリッドメソ多孔質を用いて鋳型合成されたナノ構造体(合金ナノ微粒子やナノ合金細線(PtRh, PdPt, AuFe等))の配向構造について研究を行った。(3)ナノ細孔内及び抽出・単離されたPtRh, PtPd, PtIr合金ナノ細線のガス吸着特性と表面構造解析の研究を行った。さらに、メタン及びエタンの選択的酸化反応に対する触媒作用を調べた。(4)FSM-16及びHMM-1で鋳型合成し単離抽出されたロッド型及びネックレス型ナノ白金細線につき無接触IV測定を行い、量子効果に基づくCoulombステップ曲線関係の初期的知見を得た。

Research Products

• [Publications] A.Fukuoka: "Preparation, XAFS Characterization, and Catalysis of Platinum Nanowires and Nanoparticles in Mesoporous Silica FSM-16"Topics in Catalysis. 18(1-2). 73-78 (2002)
• [Publications] A.Fukuoka: "Template Synthesis of Nanoparticle-Arrays of Gold and Platinum in Mesoporous Silica Films"Nano Lett.. 2(7). 793-795 (2002)
• [Publications] P.L.Dhepe: "Preparation of highly dispersed RhPt catalysts in mesoporous silica using supercritical carbon dioxide and their catalytic performances in butane hydrogenolysis"Chem. Comm.. 590-591 (2002)
• [Publications] A.Fukuoka: "Template Synthesis, Formation Mechanism and Catalysis of Metal Nanowires in Mesoporous Materials"Stud. Surf. Sci. Catal. (Proceedings of TOCAT4). (in press). (2002)
• [Publications] M.P.Kapoor: "Self-Assembly of Biphenylene-Bridged Hybrid Mesoporous Solid with Molecular-Scale Periodicity in the Pore Walls"J. Am. Chem. Soc.. 124(51). 15176-15177 (2002)
• [Publications] H.Araki: "Template synthesis and characterization of gold nanowires and -particles in mesoporous silica FSM-16"J. Mol. Catal. A. (in press). (2003)
• [Publications] A.Fukuoka: "Surface Characteristics -Adsorption of gases and surface catalytic activity, "Morphology-Controlled Materials-Advanced Materials Processing and Characterization-""Springer-Verlag (Y. Waseda and A. Muramatsu eds.)(in press). (2002)