2020 Fiscal Year Annual Research Report
全無機細孔構造結晶の金属酸化物合成展開による新触媒機能創出
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19H00843
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
上田 渉 神奈川大学, 工学部, 教授 (20143654)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
定金 正洋 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (10342792)
鎌田 慶吾 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40451801)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 結晶性複合酸化物 / 細孔性結晶 / 固体触媒 / ミクロ孔吸着 / 小分子 / 構造設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
望む触媒反応に合わせて至適な触媒機能を持つ元素のユニットやリンカーを個別選択して、その単位が維持される条件で細孔性ユニットネットワーク型結晶構造物質に転換する新たな触媒機能ビルトイン型固体物質合成を展開し、高機能の新触媒を実現することを目的に、本年度は基本構成ユニット対象を広げ、新しい細孔性構造体の合成、異元素導入による細孔性の制御と触媒機能向上を目指し、多くの物質合成を実施した。
基本構成ユニットの対象として、これまで幅広く検討してきたペンタゴンユニットに加え、酸素八面体キュバン、α型ケギン、さらに酸素八面体キュバンがリンカーと結合して新たなユニット（サブユニット）を選び、細孔性結晶合成を展開した。研究は幅広い合成条件検討を主に進め、合成物質のミクロ細孔性の検証を経由して、構造決定を最終段階として解析を実施した。ペンタゴンユニットのシステムではペンタゴンユニットがランダムにリンカーを介して結合した非結晶性のミクロ細孔性の物質の合成に成功し、酸素欠陥を安定に保有できる特異な構造機能と、それに基づく触媒機能を見出した。Moを基本構成元素とする酸素八面体キュバン構造体の合成に成功した。ここでは合成時の酸化還元制御を駆使することで結晶を得ることができた。また小分子の吸着を確認した。サブユニットを単位とする合成ではより結晶性の高い物質や全く新規の構造体を得ることができた。構造解析はさらなる結晶性の高い物質の合成を進めた上で、実施予定としている。
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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
様々に研究計画した方法に沿って期待された物質の合成や新規構造体の合成に成功しており、同時に吸着現象や触媒機能発現も確認することができており、想定通りの研究進捗があったと判断される。この研究過程ではかなり多くの合成実験がなされており、それに比例して多くの物質を生み出すことになった。取り組みの成果であると判断されるが、合成条件の最適化、合成物質の高結晶化、物性評価、さらには最も重要な構造解析まで到達したものは少なく、具体的な成果として提示できるような状況にないものも多くある。しかしながら、これまでの研究の蓄積から多くの重要な性が含まれていると判断され、最終年度での大きな飛躍の芽を作ったと言える。
以上の取り組みは広範な実合成研究の実施が中心となっているが、本研究課題では計算科学がアシストする構造科学的物性形成の方向性提示をもとにした実物質創出の研究も取り入れているが、研究の進捗はほとんどできていない。上述のように多くの実物質合成の成果が蓄積されてきたので機が熟したと言え、最終年度で研究を本格実施することにしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
遅れている計算科学的展開を推進する。これは、これまで検討してきたユニットを中心にリンカーも合わせたサブユニットを構造学的に構築し、ついでサブユニットをベースに様々な3D構造形成を導き、その構造の安定性をさらに計算科学的に求め、望む構造形成を誘導する方法である。この展開を本格的に実施し、新規物質の創生を目指す。同時に、金属酸化物ユニットの生成安定度(物質合成時の溶液のpH依存性、構造安定化剤となる第３元素ないしは構造規制剤となる有機物等の効果、金属酸化物ユニットを形成する元素の価数制御)の数値化、またリンカーが配位したサブユニットについても同様に溶液中での生成安定度の数値化を、前述の構造予測の計算過程で進め、実際の物質合成条件に反映させる。これをもとに実際に物質として取り出す上で必要な合成条件検討（元素の酸化還元状態の制御、元素濃度と酸濃度、有機・無機添加物濃度、水熱・ソルボサーマル・還流下、撹拌等の条件検討）を広く実施する。得られた物質についての諸物性解析、触媒作用試験を研究分担者により実施する。
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