2019 Fiscal Year Annual Research Report
Search for catalytic active sites for methane activation via gas-phase reactions of transition metal compound clusters
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17K06918
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| Research Institution | Genesis Research Institute, Inc. |
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Principal Investigator |
平林 慎一 株式会社コンポン研究所, 研究部, 研究員 (60557750)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | メタン酸化 / 白金族金属 / クラスター / 金属酸化物 / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然ガスの主成分であるメタンの酸化反応は触媒化学の中でも難反応の一つであり、メタンを直接酸化して高級炭化水素やメタノールに常温で転換できる触媒の開発が期待されている。そこで本年度は、メタン酸化触媒の活性中心になり得るクラスターを基礎的な観点から検討するため、メタンの活性化に対して高い活性を示すことが知られている白金族金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金）のクラスターについて反応性のサイズ効果を調べた。
まず、白金族金属クラスター正イオンとメタンとの反応を調べた結果、特定のサイズでメタンの脱水素が起きていることが判明した。4d金属であるルテニウム、ロジウムおよびパラジウムでは、2量体あるいは3量体でのみ反応が進行した。一方で、5d金属であるイリジウムと白金の場合は、より大きなクラスターを含む多くのサイズで反応が効率よく起こることがわかった。これは、5d軌道が4d軌道よりも相対論効果によってより外側へ広がっているため、サイズが比較的大きくなってもCHx種がクラスターに強く結合し得ることに起因すると推測される。
ルテニウム、ロジウムおよびパラジウムの酸化物クラスター正イオンの場合、ほとんどの組成のクラスターがメタンに対して不活性であった。一方、イリジウムと白金の酸化物クラスターでは、メタンの活性化が起こり、多くのクラスター組成でメタンの脱水素反応が観測された。さらに、イリジウムと白金の2量体と3量体の二酸化物の反応では、C-O結合やO-H結合の生成を示唆するピークが質量スペクトル上で観測されており、メタン酸化反応が起きているものと考えられる。
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