2016 Fiscal Year Research-status Report
嵩高いイオン液体分子の表面修飾を利用した新規反応場の創成と高性能触媒の開発
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15K05606
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
猪股 智彦 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40397493)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 修飾電極 / ナノ反応場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
嵩高いイオン液体を基板上に修飾する場合、イオン液体は基板上に密に配向して修飾されず、イオン液体間の立体障害や電荷の反発から疎らに修飾される。その結果、イオン液体間に空間が生じ、その空間へ様々な外来性分子を導入することが可能となる。我々はこれまでに上記の技術を用いて電極上に修飾されたイオン液体間に様々な機能性分子を導入し、センサー材料や触媒能を有する機能性電極を作製することに成功している。本研究では、この技術をナノ細孔材料やナノ微粒子表面へ応用することで、主に触媒能を有する新しい機能性材料の開発を目的としている。
平成28年度は、FSM細孔内部へ修飾するイオン液体の嵩高さ（アルキル鎖の長さ）を精密にコントロールすることで、イオン液体間に閉じ込められた簡単な錯体分子（フェロセン）の性質にどのような影響があるかを確認した。続いて、触媒作用をを有する金属錯体（我々が開発した銅錯体触媒）をイオン液体が修飾されたFSM内部に同様に固定化し、その酸化触媒能を評価や反応条件の検討を行った。
次にイオン液体修飾ナノ微粒子に関して、化学還元法の他に金属ナノ微粒子合成法として今年度は液中プラズマ法による合成を行った。これは昨年度まで利用していたレーザーアブレーション法による金属微粒子合成法では十分な量の金属ナノ微粒子を獲られなかったためである。今年度は液中プラズマ用法により、十分な量の均一な金属ナノ微粒子を獲ることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は、これまでのイオン液体の構造を見直し、導入する金属錯体のサイズに応じて基板上に構築される反応場の大きさを制御可能とするために、カチオン中心（PおよびＮ原子）から伸びるアルキル鎖の長さをコントロールしたイオン液体の合成を行った。具体的には、カチオン中心からリンカー原子（SおよびSi原子）までの長さの制御およびカチオン中心に置換されたアルキル鎖の長さの制御によるイオン液体間の距離の制御である。その結果、導入する金属錯体によっては、完全にイオン液体間の反応場に埋没した場合よりもイオン液体層から多少露出した場合の方が、その反応性が向上することが明らかとなった。これはイオン液体間の反応場に閉じ込められた金属錯体が溶液中の分子と相互作用する際に、場合によってはイオン液体層が相互作用を妨害する可能性があることを示唆している。
続いて、イオン液体が修飾されたFSMを用い、我々の研究室で過去に合成された銅錯体触媒をイオン液体間の反応場に固定し、その酸化反応について検討した。その結果、FSM内部空間に修飾されたイオン液体の間に閉じ込められた銅錯体触媒による酸化反応生成物が確認され、当初の狙い通り、FSM表面に修飾されたイオン液体間にトラップされた触媒分子による触媒反応が進行することが判明した。
またレーザーアブレーション法に替わり、液中プラズマ法による金属微粒子の合成を行い、均一な大きさを有する金ナノ微粒子の合成に成功した。しかし液中プラズマ法のセットアップに少し時間を要したため、液中プラズマ法で作成した金ナノ微粒子へのイオン液体の修飾は次年度に行うこととした。
以上の点より、全体としておおむね予定通りにけんきゅは進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はイオン液体を修飾したFSMに触媒機能を有する金属錯体を導入し、その酸化触媒能について均一溶液中と比較・検討を行った。まだ条件検討の段階であり、FSM表面に修飾されたイオン液体層の中にトラップされた金属錯体による触媒反応の最適条件を検討しているところである。次年度は、更に条件検討を重ね、触媒反応の最適条件を探ると共に、我々が開発した他の金属錯体触媒（酸化触媒、水素施増殖倍、アンモニア製造触媒など）を固定化する予定である。
イオン液体を修飾したナノ微粒子に関しては、次年度は液中プラズマ法により作製された金ナノ微粒子へのイオン液体の修飾および触媒分子の固定を行う。更に既に成功している化学還元法により合成した金ナノ微粒子へのイオン液体の修飾および錯体分子の固定化の結果と比較検討を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
液中プラズマによるナノ微粒子作成に関して、液中プラズマ装置のセットアップに手間取り、液中プラズマにより作製したナノ微粒子へのイオン液体修飾反応を十分に行うことができなかったため、当初計画に対して次年度使用額が生じた。また予定していた海外出張を日程の都合により一つキャンセルしたことも当初計画に比べて次年度使用額が生じた要因である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の金属錯体触媒の合成および液中プラズマ法による金属ナノ微粒子合成のための反応セルの改良を行うための費用に充てる予定である。
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