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Preparation, structure and catalysis of metal nanosheets intercalated graphite layers

Research Project

Project/Area Number 18H01782
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
Research InstitutionIwate University

Principal Investigator

白井 誠之  岩手大学, 理工学部, 教授 (70250850)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 七尾 英孝  岩手大学, 理工学部, 准教授 (50312509)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords黒鉛層間化合物 / 金属ナノシート / ナノシート
Outline of Annual Research Achievements

粉末黒鉛と塩化イリジウムとの混合物を高圧高圧の塩素下で処理することで塩化イリジウムを黒鉛層間に挿入した(IrClx-GIC,イリジウム挿入量1-5 wt%).IrClx-GICを水素還元処理することでディスク状のイリジウム微粒子(厚み 2-3 nm,直径 10 nm)が黒鉛層間に形成できることを電子顕微鏡観察により明らかにした.黒鉛層間にあるイリジウムナノディスク(Ir-GIC)の触媒作用を,黒鉛表面に担持したイリジウム微粒子(Ir/Gmix)と比較した.超臨界二酸化炭素溶媒を用いるシンナムアルデヒドの水素化反応において,Ir-GICはIr/Gmixよりも高い活性と高いシンナミルアルコール選択性を示した.Ir/Gmixを触媒として用いると,シンナムアルデヒド分子の炭素炭素間二重結合が,黒鉛上に担持されたイリジウム金属表面に優先的に吸着し水素化反応が進行するが,Ir-GICを触媒として用いると,黒鉛層の立体障害により,シンナムアルデヒド分子のカルボニル基が優先的にイリジウム粒子に吸着することでシンナミルアルコール選択性が向上するものと考えた.
また新たに塩化パラジウム(II)を出発物質とすることで金属パラジウムを黒鉛層内に有する化合物の調製を試みた.塩化パラジウムと粉末黒鉛の混合物を高温高圧の塩素下で処理しさらに水素還元を行った.塩素処理の圧力と温度,水素処理の温度と圧力について検討し,723 K, 0.30 MPaの塩素で1週間処理し,573K, 40kPaの水素で処理することで,平均粒子径が2 nmのパラジウム金属微粒子が黒鉛層間に形成できることを明らかにした

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで,黒鉛層間に,2-3 nmの厚みを有し~300 nmの幅を有する白金微粒子(白金ナノシート),2-3 nmの厚みを有し直径10 nmのイリジウム微粒子(イリジウムナノディスク)の調製に成功した.また,上記の黒鉛層間金属ナノ微粒子は,黒鉛上に担持された球形のナノ粒子とは異なる触媒作用(シンナムアルデヒドの水素化反応)を明らかにした.

Strategy for Future Research Activity

今回合成に成功した金属パラジウムを層間に有する黒鉛層間化合物についての触媒作用について検討する.これまで単一の金属(白金,イリジウム,パラジウム)を層間に有する黒鉛層間化合物の合成について成功してきたが,2種の金属種を挿入した黒鉛層間バイメタル粒子の調製と触媒作用について検討する.

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(24 results)

All 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Graphite Intercalated Iridium Nanodisks for Cinnamaldehyde Hydrogenation2019

    • Author(s)
      Kato Shusuke、Nanao Hidetaka、Shirai Masayuki
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 48 Issue: 10 Pages: 1262-1265

    • DOI

      10.1246/cl.190527

    • NAID

      130007724076

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrogen Reduction and Chlorine Oxidation Behaviors of Platinum Species between Graphite Interlayer Spaces2019

    • Author(s)
      Masayuki Shirai, Yusuke Yamazaki, Kazuki Takahashi, and Hidetaka Nanao
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 47 Issue: 9 Pages: 1094-1096

    • DOI

      10.1246/cl.180484

    • NAID

      130007472086

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Platinum Nanosheets between Graphite Layers2019

    • Author(s)
      Masayuki SHIRAI
    • Journal Title

      The Chemical record

      Volume: 印刷中

    • DOI

      10.1002/tcr.201800098

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] PREPARATION AND HYDROGENAION PERFORMANCE OF METAL NANO SHEETS INTERCALATED BETWEEN GRAPHITE LAYERS2019

    • Author(s)
      Masayuki SHIRAI
    • Organizer
      The 8th Asia Pacific Congress on Catalysis
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structure and Catalysis of Two-dimensional Metal Nanoparticles between Graphite Layers2019

    • Author(s)
      Masayuki SHIRAI
    • Organizer
      A Workshop on "Green Synthesis and Catalysis Technology
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 黒鉛層間イリジウム微粒子の構造と シンナムアルデヒドの水素化反応活性2019

    • Author(s)
      加藤嵩介、七尾英孝、白井誠之
    • Organizer
      触媒学会第124回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation and structure of rhodium-graphite composite2019

    • Author(s)
      蘇武智樹,袖野美果,七尾英孝,白井誠之
    • Organizer
      2019年度 化学系学協会東北大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation and structure of ruthenium-graphite composite2019

    • Author(s)
      林滉太,七尾英孝,白井誠之
    • Organizer
      2019年度 化学系学協会東北大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation and Cinnamaldehyde Hydrogenation Performance of Platinum Nanosheets Between Graphite Layer2019

    • Author(s)
      Mika Sodeno, Kota Hayashi, Shusuke Kato, Yusuke Yamazaki, Hidetaka Nanao, and Masayuki Shirai
    • Organizer
      Recent Progress in Graphene & 2D Materials Research
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Two-dimensional Platinum Nanosheets Between Graphite Layer2019

    • Author(s)
      Masayuki Shirai, Mika Sodeno, Kota Hayashi, Shusuke Kato, Yusuke Yamazaki, and Hidetaka Nanao
    • Organizer
      Recent Progress in Graphene & 2D Materials Research
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛層間金属パラジウム粒子の調製およびキャラクタリゼーション2019

    • Author(s)
      袖野美果, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      第46回炭素材料学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛層間における白金種の還元凝集と酸化分散挙動2019

    • Author(s)
      白井誠之, 袖野美果, 山崎悠輔, 七尾英孝
    • Organizer
      第46回炭素材料学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛小片を利用した白金ナノシートの調製、構造、水素化触媒2019

    • Author(s)
      袖野美果,七尾英孝,白井誠之
    • Organizer
      第10回福島地区CEセミナー
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛層間白金ナノシート微粒子の調製と構造2019

    • Author(s)
      袖野美果,加藤嵩介,七尾英孝,白井誠之
    • Organizer
      表面技術協会 東北支部講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛層間を利用した二次元微粒子の調製と触媒利用2019

    • Author(s)
      白井誠之
    • Organizer
      2019年度千葉大学ソフト分子活性化セミナー
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Preparation and structure of platinum-graphene composite2018

    • Author(s)
      袖野美果, 加藤嵩介, 山崎悠輔, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      平成30年度 化学系学協会東北大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation and structure of gold-graphite composite2018

    • Author(s)
      林滉太, 加藤嵩介, 山崎悠輔, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      平成30年度 化学系学協会東北大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 白金-黒鉛層間化合物の調製条件とシンナムアルデヒド水素化反応活性2018

    • Author(s)
      山崎悠輔, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] イリジウム-黒鉛複合物の調製条件とシンナムアルデヒド水素化反応活性2018

    • Author(s)
      加藤嵩介, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] グラファイト小片を用いた白金-黒鉛層間化合物の調製およびキャラクタリゼーション2018

    • Author(s)
      袖野美果, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      第45回炭素材料学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛層間における金微粒子形成2018

    • Author(s)
      林滉太, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      第45回炭素材料学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Cinnamaldehyde hydrogenation over platinum nanosheets intercalated graphite2018

    • Author(s)
      Masayuki SHIRAI
    • Organizer
      International Symposium on Catalysis and Fine Chemicals
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛担持イリジウム微粒子の構造とシンナムアルデヒド水素化反応2018

    • Author(s)
      加藤嵩介, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      平成30年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 黒鉛小片を用いた黒鉛層間白金ナノシートの調製2018

    • Author(s)
      袖野美果, 七尾英孝, 白井誠之
    • Organizer
      平成30年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-08-30  

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