デンドリマーに包接された金属ナノクラスターを反応場とする炭素―炭素結合の形成

• Project/Area Number: 13750722
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 触媒・化学プロセス
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小泉 直人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50302188)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2002: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2001: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: FT合成反応 / Co触媒 / クラスターサイズ / TOF / 生成物選択性 / EXAFS / ターンオーバー数

Research Abstract

デンドリマーは明確な構造と単一の分子量を有する巨大分子であり、その特異な構造に由来して特徴的な物理的、化学的性質を有する。特に、デンドリマー内部に金属を導入することは新規な機能発現の面から注目を集めている。もし、デンドリマーの内部にFT合成反応に一般的に用いられるFeやCo等のナノクラスターを合成できれば、非常に均一な反応場が形成されるため、特異な活性や選択性が期待できる。
このような研究を行なう上で、通常の担体上に形成させた金属クラスターのサイズとその活性、選択性との関係を明らかにすることは、基礎的な知見を得るという意味で重要である。そのため、昨年度はSiO2担持Co触媒を種々のCo前駆体を使用して調製し、担体上の金属CoクラスターのサイズとFT合成活性との関連を検討した。その結果、調製した触媒のCO転化率はCo前駆体の種類によって異なることが明らかとなった。さらに、各触媒のCo周囲の微細構造をCo K-edge EXAFSによって調べたところ、金属Coクラスターの微細構造も前駆体の種類に依存して異なることが示された。
この結果に基づき、本年度は各触媒の金属Coクラスターのサイズ(分散度)をH_2吸着量測定法により調べ、表面Co当たりのCO転化率(TOF)と金属Coクラスターのサイズとの関連を調べた。その結果、H_2吸着量は前駆体の種類に依存して異なること、H_2吸着量が多い触媒ほど高いCO転化率を示すことが分かった。つまり、金属CoクラスターのサイズはCo前駆体の種類に依存して異なるが、TOFはクラスターサイズに依存しないことが分かった。一方、生成物選択性とクラスターサイズとの関連を調べたところ、金属Coクラスターのサイズが大きい触媒ほどCH_4の選択率が低く、ワックス分の選択性が高い傾向を示すことが明かとなった。