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2011 Fiscal Year Annual Research Report

テンプレート電気化学法を駆使した合金ナノ粒子超構造体触媒表面の創製

Publicly Offered Research

Project AreaCoordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
Project/Area Number 22108534
Research InstitutionInstitute for Molecular Science

Principal Investigator

邨次 智  分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (20545719)

Keywords金属ナノ粒子 / ナノクラスター / 酸化物表面 / 表面プログラム空間 / テンプレート / ピリジン / マトリックス / 触媒
Research Abstract

本年度は、金属原子数、元素組成、酸化数が揃った金属ナノ粒子を合成する新しい金属ナノ粒子精密合成法の創製に向け、触媒担体となる酸化物表面上に「表面プログラム空間」を構築し、金属ナノ粒子、ナノクラスターを調製する方法について重点的に検討した。金属ナノ粒子、ナノクラスター前駆体として、決まった金属原子数、元素組成からなるユニットである金属クラスター錯体を(1)酸化物表面に直接固定化、及び、(2)酸化物担体上に設けたテンプレート配位子に選択的に金属クラスターを固定化する方法を検討し、その周囲に有機及び無機薄層マトリックスを積層することで「表面プログラム空間」を構築する方法を種々検討した。
(1)の方法では、Irダイマー、Ru3核カルボニルクラスターの酸化物表面固定化では、クラスター構造を保って固定化が進行することを明らかにした。シリカ固定化Mn4核クラスターの周囲にシリカ薄層マトリックスを構築する手法(温度、積層回数)を検討することで、アルケンの選択的エポキシ化触媒反応時に金属種の溶出を抑制する最適なマトリックス構築条件を見出した。(2)の方法では、ピリジン配位子修飾シリカを用い、ピリジンをテンプレートとしてRu3核アセテートクラスターの固定化を行ったところ、Ruクラスターはピリジンとの配位結合により表面上に集積されたことがFT-IR、UV-vis及びRuK端EXAFSより示唆された。続いてその周囲にシリカ薄層マトリックスの積層を行った。固定化Ruクラスターに対し加熱-還元処理を行ったところ、アルコールの選択酸化反応が可能なRuナノクラスターへと変換可能であることを見出した。また、「表面プログラム空間」内への固定化を志向し合成した異種金属(Co-Mo、Rh-Mo)クラスター前駆体の構造と電気化学特性について評価を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

金属クラスターの酸化物表面への直接固定化、及び、酸化物表面に固定したテンプレート配位子を用いた固定化により金属クラスター構造を保ったまま固定化する条件を見出した。続いて、「表面プログラム空間」構築の鍵となる薄層マトリックス積層、さらに加熱-還元処理を行うプロセスで各種金属ナノクラスター(MnおよびRuクラスター)の調製に成功したのみならず、触媒反応への展開も行うことで、これらの金属ナノクラスターが反応時に金属種の溶液への溶出が抑制され、それぞれ触媒として機能することを見出した。

Strategy for Future Research Activity

酸化物表面上に形成した「表面プログラム空間」を用いることで触媒として機能する金属ナノ粒子、ナノクラスターの調製に成功したことを踏まえ、「表面プログラム空間」内に金属クラスター前駆体の配位結合による集積を行い、構成金属原子数、元素組成が作り分けられた金属ナノ粒子、ナノクラスターを創出するとともに、これらに特有の新規触媒反応を開拓する。

  • Research Products

    (7 results)

All 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Preparation and catalytic performances of a molecularly imprinted Ru-complex catalyst with an NH_2 binding site on a SiO_2 surface2012

    • Author(s)
      Yong Yang, Zhihuan Weng, Satoshi Muratsugu, Nozomu Ishiguro, Shin-ichi Ohkoshi, Mizuki Tada
    • Journal Title

      Chemistry-A European Journal

      Volume: 18 Pages: 1142-1153

    • DOI

      10.1002/chem.201100529

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Normal and Inverted Redox Potentials and Structural Changes Tuned by Medium Effects in [M_2Mo(η^5-C_5Me_5)_2(S_2C_6H_4)_2(CO)_2](M : Co, Rh)2011

    • Author(s)
      Satoshi Muratsugu, Keitaro Sodeyama, Fusao Kitamura, Satoru Tsukada, Mizuki Tada, Shinji Tsuneyuki, Hiroshi Nishihara
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 2 Pages: 1960-1968

    • DOI

      10.1039/c1sc00272d

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 表面マトリックスで保護された酸化物表面固定化Mnクラスターの調製とそのエポキシ化反応特性2012

    • Author(s)
      邨次智・翁志煥・唯美津木
    • Organizer
      第92回日本化学会年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2012-03-25
  • [Presentation] Ruクラスター固定化触媒を用いたニトリル類の水素化反応特性2012

    • Author(s)
      王飛・邨次智・石黒志・唯美津木
    • Organizer
      第92回日本化学会年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2012-03-25
  • [Presentation] 表面を媒体とした新しいMnクラスター選択酸化触媒の創出2011

    • Author(s)
      邨次智・翁志煥・唯美津木
    • Organizer
      第61回錯体化学討論会
    • Place of Presentation
      岡山理科大学(岡山県)
    • Year and Date
      2011-09-17
  • [Presentation] Ru3核クラスター固定化触媒を用いたニトリル類の水素化反応2011

    • Author(s)
      王飛・石黒志・邨次智・唯美津木
    • Organizer
      第61回錯体化学討論会
    • Place of Presentation
      岡山理科大学(岡山県)
    • Year and Date
      2011-09-17
  • [Presentation] Preparation and Selective Catalytic Behavior of Molecularly Imprinted Ru Catalysts on a SiO_2 Surface Acting in Water Media2011

    • Author(s)
      Satoshi Muratsugu, Zhihuan Weng, Nozomu Ishiguro, Mizuki Tada
    • Organizer
      XV.International Symposium on Relations between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis (ISHHC XV)
    • Place of Presentation
      Fritz-Harbor Institute, Berlin, Germany
    • Year and Date
      2011-09-14

URL: 

Published: 2013-06-26  

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