2016 Fiscal Year Annual Research Report
構造因子を独立制御した高密度金属クラスター触媒の精密合成とその高活性化
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16H06026
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山添 誠司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40510243)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 金属クラスター / リアクター / 金クラスター / チオール / 触媒 / 担持金属触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の触媒として担持金属クラスター触媒が期待されている．1原子の違いで分子との反応性がかわる金属クラスターを触媒応用するには構造因子（サイズ，組成，担体，反応空間）の精密制御技術の確立と触媒作用への効果の解明が必要不可欠である．これまでに配位子保護金属クラスターを用いたサイズ・組成の精密制御に成功し，構造因子の制御が可能になりつつある．本研究では，配位子保護金属クラスターを使ったリアクターの合成とその触媒応用に向けた研究を新たに展開する．
平成28年度では，配位子保護金クラスターの配位子を緻密設計することで，本研究の基盤となるリアクターの合成方法の確立を行った．構造評価により金クラスターが金属酸化物に内包されているのを確認するとともに，金属クラスターの凝集の有無，安定性についても調べた．
リアクター合成のために，精密に組成を制御した配位子保護金クラスターの合成を行った．金属イオンの濃度，還元条件，洗浄法を検討することで比較的高い収率で目的の配位子保護金属クラスターを得た．合成の確認は質量分析法，X線吸収分光法，紫外可視吸収分光法により確認した．次に配位子保護金属クラスター表面を金属酸化物で覆った構造体の合成を行った．条件（濃度，温度，金属イオン前駆体，反応時間）を制御することで，金属酸化物内包金属クラスターの合成に成功した．合成の確認は透過型電子顕微鏡，X線吸収分光法，紫外可視吸収分光法により行った． 金属酸化物内包金属クラスターを300℃で真空焼成したところ，配位子保護金クラスターに特徴的な光学特性が消失し，金のプラスモン共鳴に特徴的な吸収も観察されてなかったことから，金属酸化物内包金属クラスターを用いれば金クラスターの凝集が抑えられることがわかった．
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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
当初の計画通りに研究は進んでいる．主な進捗としては以下が挙げられる．
１．リアクター合成のための配位子保護金クラスターの合成に成功．
２．金属酸化物内包金クラスターの合成に成功
３．焼成により，金クラスターを凝集させることなく，これまでの10倍の濃度の金クラスター触媒の合成に成功
また，すでにサイズの異なる金属クラスターの合成も進めている．さらに，他の金属酸化物を使った金属酸化物内包金クラスターの合成もすでに進めており，順調に研究が進行している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度では，金属酸化物内包金クラスターを用いてベンジルアルコール酸化反応や選択水素化反応に対する活性を調べる．金クラスターのサイズや担体がこれら触媒活性に及ぼす効果を明らかにし，高活性な触媒開発のための触媒設計指針を得る．以下に詳細を示す．
１．金属酸化物内包金クラスターの触媒作用に対するサイズ効果の解明： コアサイズの異なる配位子保護金属クラスターを合成する．これらを金属酸化物で覆うことで金属のコアサイズの異なる金属酸化物内包金クラスターを合成する．触媒の評価は高分解能TEMやX線吸収分光法を用いて行う．次に，合成した触媒を用いてアルコール酸化反応やニトロ基やカルボニル基の選択水素化反応を行い，これら触媒反応に対する金クラスターのサイズ効果を明らかにする．
２．金属酸化物内包金クラスターの触媒作用に対する担体効果の解明： １で活性の高かったサイズの金クラスターを用いて金属酸化物の種類を変えた金属酸化物内包金クラスターを合成する．触媒の評価は高分解能TEMやX線吸収分光法を用いて行う．次に，合成した触媒を用いてアルコール酸化反応やニトロ基やカルボニル基の選択水素化反応を行い，これら触媒反応に対する担体効果を明らかにする．
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