ゼオライトのframeworkを利用した構造活性種の創成

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22075
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 増田 隆夫 北海道大学, 工学研究院, 特任教授 (20165715)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉川 琢也 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20713267) ; 中坂 佑太 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30629548)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 化学工学 / 反応工学 / ゼオライト / 錯体 / 触媒反応

Outline of Annual Research Achievements

原子数個からなる金属クラスターや金属の周りに有機配位子が配位した金属錯体は、それ自身が非常に高い活性を有する。その一方、金属クラスターは気相のフリーな空間で不安定であり、その合一により活性低下が生じやすい。また、金属錯体は反応中に錯体自身の分解が徐々に進行する。これらの要因により、金属クラスターや金属錯体の活性を安定に維持することが困難である。本研究は、この問題を解決するために、ゼオライト構造を有するメタロシリケートのナノ空間の制御性を活用し、遷移金属クラスター、錯体をメタロシリケートの細孔内に形成させた新しい構造体の創成に挑戦することで、新しい触媒反応プロセス提案を目指して研究をおこなった。
初年度は、MFI型およびbeta型の骨格を有するゼオライトのフェリシリケートを合成し、その細孔内部に鉄イオンを用いた金属錯体を形成させた。加えて、Y型ゼオライトの骨格に鉄を導入したferroaluminosilicateを合成し、その細孔内部に金属錯体を形成させることに成功した。次年度は、このferroaluminosilicateを中心にFeイオンと2,2-ビピリジンを導入した錯体形成を行い、触媒反応へ応用した。ベンゼンからのフェノール合成に対し既報のものに比べて優位であることを見出した。本年度は、Y型のferroaluminosilicateの細孔構造や酸特性分析、他の金属錯体導入の検討を実施した。ゼオライト骨格に鉄が導入されたことに起因すると考えられる酸点の発現が確認することができた。本研究開始当初に期待したナノ空間の制御性を活用することが、金属錯体を内包したゼオライトの活性向上につながることを見出すことができたと考えている。