2021 Fiscal Year Research-status Report
Active creation of metal-oxyl species as the reaction intermediate in partial methane oxidation by applying the reaction field of zeolite
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20K15297
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
織田 晃 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80762377)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ゼオライト / 原子上金属イオン / オキシル / オゾニド / In situ分光 / 量子化学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
オキシル前駆体としてのオゾニドを新たにゼオライト細孔内のCd原子上で創出し、それらの状態解析、反応性評価に成功した。しかしながら、昨年度扱っていた3周期金属（Zn、Ga）とは異なり、Cd上のオゾニドはオキシルに安定に変換されず、すぐさま分解してしまうことが明らかになった。Cdを用いた研究の展開はこれ以上難しいと判断し、次にRhやPd、Ag、Inといった4周期金属、更にはFe、Co、Cuの3周期金属を用いたオキシルの創出に関する研究の基礎基盤の整備を一挙に開始した。現時点では、メタン選択酸化に対して世界最高活性を有するFe、Rh単原子イオン交換ゼオライト触媒の設計に成功し、反応性の高い活性酸素種（オキシル）を創出できうる材料の基礎情報が得られている。また、Ag単原子が高濃度にゼオライト細孔内に配置されたAgゼオライトの設計に成功し、Xeを原子プローブに用いたin situ分光によりAg単原子サイトのモデルを構築できている。生物酵素の活性中心を模倣したCu単原子サイトの創出と状態解析に関する研究も進み、これら活性点を用いたオキシルの創出と利用が今後期待される。
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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
昨年度はゼオライト細孔内のZn、Ga原子上にオゾニドを創出し、それらを前駆体として用い、オキシルの創出、状態解析、反応解析に成功した。In situ分光とDFT計算を併用し、金属-オキシル結合状態の比較を世界で初めて達成し、金属-オキシル特有の結合機構を示した。更に、150 Kでの特異な酸化反応特性も見出した。本年度は4周期金属に研究を展開した。ゼオライト細孔内にCd原子を配位不飽和状態で創出し、酸素との光反応を介して、安定なオゾニドを創出することに成功した。極低温不活性ガスマトリックス下でのみ単離されていた化学種である。このオゾニドを前駆体として用いオキシルに変換することを試みたが、残念ながら3周期金属 (Zn、Ga)とは異なり、すぐさま失活ししてしまうことがわかった。本年度の試みを通じ、Cd上ではオキシルの創出が難しいと考え、RhやPd、Ag、Inといった4周期金属、更にはFe、Co、Cuの3周期金属を用いたオキシルの創出に関する研究の基礎基盤の整備を一挙に開始した。
オゾニドやオキシルの創出には配位不飽和且つ原子状の金属イオンをゼオライト細孔内に固定し、活性点として用いて酸素を活性化しなければならない。本年度はそのような活性原子状態を強制するための調製方法の確立に取り組んだ。現時点では、メタン選択酸化に対して世界最高活性を有するFe、Rh単原子イオン交換ゼオライト触媒の設計に成功し、反応性の高い活性酸素種（オキシル）を創出できうる材料の基礎情報が得られている。また、Ag単原子が高濃度にゼオライト細孔内に配置されたAgゼオライトの設計に成功し、Xeを原子プローブに用いたin situ分光によりAg単原子サイトのモデルを構築できている。生物酵素の活性中心を模倣したCu単原子サイトの創出と状態解析に関する研究も進み、これら活性点を用いたオキシルの創出と利用が今後期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述のように、オゾニドやオキシルを創出するうえで、配位不飽和金属原子をゼオライト細孔内に強制し、活性点として用いる必要がある。本年度ではその基礎を整えた。2022年度では特にFe、Cu、In、Rh、Ag原子を用いたオゾニドやオキシルの創出を狙った研究を中心に取り組む。
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Research Products
(14 results)
