2011 Fiscal Year Research-status Report

白金構造の分子レベル構築による低白金化技術の確立

Research Project

Project/Area Number	23550150
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	加藤知香静岡大学, 理学部, 准教授 (00360214)
Project Period (FY)	2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords	ポリオキソメタレート / 白金 / 単結晶Ｘ線構造解析 / 光触媒反応 / 水 / 水素発生 / 光増感剤 / 可視光
Research Abstract	白金は、触媒材料や電子材料、機能性材料など様々な工業分野で利用されており、我々の生活になくてはならない元素のうちの一つである。しかしながら、地殻埋蔵量の減少、埋蔵地域の偏在、高コスト、シンタリング等の劣化や活性低下、固体状態で均一かつ安定な白金構造の設計･構築が困難であることなどがその永続的使用に影を落としている。そこで本研究では、白金の構造制御による高効率利用技術の確立および新機能の発現を目指して、完全無機分子であるポリオキソメタレートの骨格中に白金種を分子レベルで組み込み、安定性･耐久性を飛躍的に向上させることで、白金原子一つ一つの機能を最大限かつ長期的に利用する新材料の開発を目的とした。本年度は、ケギン型一欠損ポリオキソメタレートに白金(II)種を配位した新規化合物を合成し、単結晶Ｘ線構造解析、赤外分光分析、紫外可視分光分析、元素分析、核磁気共鳴分析等によりその組成および分子構造を決定した。さらに、本化合物をエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム水溶液に溶解し、酸化チタン(アナターゼ型:ルチル型 = 80：20)を共存させた系に400 nm以上の可視光を照射すると、水から水素が発生することを確認した。このことは、本化合物が光増感剤として機能するだけでなく、助触媒としても機能していることを示唆している。また、光触媒反応後の種々キャラクタリゼーション結果から、本化合物は他の白金(II)化合物に比べて優れた安定性を示すことも確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題の初年度は、白金(II)種配位ポリオキソメタレートを新規に合成し、単結晶Ｘ線構造解析を含む種々キャラクタリゼーションにより、その組成および分子構造を決定した。さらに、本化合物をエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム水溶液に溶解し、酸化チタンと共存させることで、可視光照射下での水からの水素発生を達成した。これまで、２価の白金種が配位したポリオキソメタレートの合成および構造解析に成功した例は報告されておらず、本化合物が世界初と言える。また、本化合物は酸化チタンベースの光触媒反応系において光増感剤と助触媒の両方の機能を発現することや、他の白金(II)化合物に比べて安定性に優れていることを明らかにしており、研究成果はおおむね順調に得られていると判断している。今後、学術論文等により研究成果を報告する。
Strategy for Future Research Activity	次年度は、ドーソン型一欠損ポリオキソメタレートや中心元素がケイ素のケギン型一欠損ポリオキソメタレートなど、種々の欠損型ポリオキソメタレートを無機配位子として用い、新しい白金(II)化合物を合成する。種々のキャラクタリゼーションによりその構造および組成を確定した化合物については、可視光照射下での水・アルコールからの水素発生反応や分子状酸素を酸化剤としたアルカン・アルケン・アルコール等の酸化反応へと応用する。これらの触媒作用は試料の構造、安定性に著しく影響を受ける可能性があるため、単結晶Ｘ線構造解析、熱分析、赤外分光分析、紫外可視分光分析、元素分析、核磁気共鳴分析等で試料の状態を正確にモニターし、活性金属、構造、組成、安定性と触媒機能との関係を明らかにする。得られた実験結果から、触媒作用に一層適した白金サイトの構造・電子状態を割り出し、反応メカニズムを詳細に検討して、より高効率な触媒を設計・合成する。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	本年度は、白金化合物の酸化触媒活性評価を行うための固定床流通反応装置およびガスクロマトグラフィーの反応・分析条件の設定に時間を要したので、本反応で使用予定であった反応用試薬・触媒調製用試薬・分析用ガスの購入に関わる費用の一部を次年度へ持ち越すことにした。次年度は、固定床流通反応装置を用いた酸化触媒反応および閉鎖系循環装置を用いた光触媒反応を遂行するための試薬・器具等の購入および触媒のキャラクタリゼーションに関わる分析費に研究費を使用する予定である。