2018 Fiscal Year Research-status Report
界面構造を利用した卑金属ナノクラスターの高機能化に関する研究
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17K06912
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
一國 伸之 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40261937)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノクラスター / 酸化ニッケル触媒 / コロイド / XAFS / 担体界面アシスト触媒作用 / 酸化マンガン触媒 / 酸化鉄触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は卑金属元素，中でもニッケル，鉄，コバルトなどの酸化物をnmサイズの活性種とすることで，既存のバルク触媒とは異なる活性や機能を発現させた新たな触媒として利用していこうというものである。ナノクラスター化した活性種は，シリカや活性炭などの高比表面積担体に担持することで安定に保持されるのみならず，担体界面に形成される構造も有効に利用できるという利点がある。本年度は酸化ニッケルナノクラスターの担体界面アシスト触媒作用の解明，ならびに鉄やマンガンのナノクラスター化に取り組み，1-フェニルエタノールの酸化反応に応用した。
1.アルコレート保護したニッケルコロイドを前駆体とし活性炭上に酸化ニッケルナノクラスターを構築したところ，担体との協奏効果により水素分子の生成を伴いながらアルコールの脱水素反応が促進されることを見出した。また，高分子保護コロイドとハイドロタルサイトを組み合わせることで，担体と活性種の間での協働的な触媒作用が機能し，既存の担持ニッケル触媒よりも高い活性を発現させることに成功した。
2.高分子保護した鉄コロイドを前駆体とすることで活性炭上に酸化鉄ナノクラスターを構築することに成功した。XAFSによる解析から，酸化処理条件によらず鉄は3価であったが，排気処理により欠陥スピネルを有する構造へと転換し，1-フェニルエタノールの酸化反応活性の向上と対応することが見出された。同様の手法で酸化マンガンナノクラスターをシリカ上に構築することにも成功した。
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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
本年度の研究予定は，ニッケルに限定せず他の卑金属元素の酸化物をナノクラスター化して，触媒反応へと利用する糸口をつかむことにあった。実際に，鉄やマンガン種についても担体上への酸化物ナノクラスターを構築することに成功し，それらが通常の担持法により調製した触媒よりもアルコール酸化反応に高活性を示すことを見出しており，順調に進展しているといえる。また，酸化ニッケルナノクラスターのアルコール酸化反応において，担体界面アシスト触媒作用が明らかにされたことは当初計画よりも進展しているところである。
一方で，酸化ニッケルナノクラスターのみでしか担体界面アシスト触媒作用については解明にいたっていない。これらについては，まだナノクラスター単独の構造による触媒作用の違いしか見られておらず，今後の検討課題となる。
以上より，全体としてはほぼ順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本申請課題は卑金属元素の酸化物ナノクラスターを担体上に構築し，それらの活性種自体の構造制御だけでなく，担体との界面における構造制御もあわせて行うことで，担体界面アシスト触媒作用の起源解明ならびにその活用による触媒機能の向上を目指すものである。そこで，鉄，マンガン，コバルトなどのニッケルを中心とした卑金属元素のナノクラスター触媒の設計とXAFSによる精緻な構造解析に精力的に取り組み，卑金属元素ナノクラスターの触媒作用に関する学理の確立を目指したい。
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| Causes of Carryover |
（理由）物品費が当初計画よりも少なくて済んだため
（使用計画）上記理由により，直接経費443,007円の次年度使用額が生じた。これを物品費，旅費として含め，当初予定通りの使用計画とする。特に学生を同伴しての国際会議や国内学会への参加を予定している。
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