2014 Fiscal Year Annual Research Report
多様な新規クラウン・ジュエル構造金属ナノクラスター触媒の創製
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25600008
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
戸嶋 直樹 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (50011010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 幸英 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (60289303)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 金属ナノ粒子 / 金属コロイド触媒 / クラウン・ジュエル触媒 / 多元金属クラスター / グルコース酸化 / 金触媒 / 単原子触媒 / 金属原子置換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、金属ナノクラスターの頂点のみに触媒活性のある金属原子を置換した構造、すなわちクラウン・ジュエル構造の、種々の金属ナノクラスターの合成と、その触媒活性の検証を目的とする。
これまでに本研究者らは、母体パラジウム（Pd）クラスターの頂点原子を金(Au)原子に置換したクラウン・ジュエル触媒の合成に成功し、高い触媒活性をもつことを明らかにした。そこで本研究では、この概念を拡張して、Pd以外の貴金属を母体としたクラウン・ジュエル触媒、遷移金属を母体としたクラウン・ジュエル触媒、そしてさらに金属酸化物を母体としたクラウン・ジュエル触媒を合成し、その触媒活性を評価することを目指す。
昨年度には、種々の貴金属ナノクラスターを母体とし、レドックス金属原子置換反応により、Auをクラスターの頂点に付けたクラウン・ジュエル触媒の検討を行った。検討した中で、IrPd二元金属クラスターの頂点位をAuで置換したクラウン・ジュエル触媒が、最も高活性であることを見つけた。
本年度は、この研究をさらに発展させて、IrPd母体クラスターのサイズ、Ir/Pd比の最適化を行い、サイズは直径1.5 nm、比はIr55/Pd92が最適であることが分かった。この頂点12原子をAuで置換したクラウン・ジュエル触媒は、HAADF-STEM解析などからクラウン・ジュエル構造を有し、元のPd/Auクラウン・ジュエル触媒の2倍近い活性をもつことを明らかにし、Advanced Materials誌に発表した。
遷移金属を母体とする触媒については、少量のPdを含むNiクラスターを合成し、その一部をAuで置換した触媒を合成した。触媒活性は、貴金属系ほどは高くなかったが、Au置換により高活性化が可能であることを明らかにすることができた。酸化物クラスターを母体にするものでは、クラスター合成まで出来たが、Au置換にまで至らなかった。
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