ゼオライトのframeworkを利用した構造活性種の創成

• Project/Area Number: 19K22075
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 増田 隆夫 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20165715)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉川 琢也 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20713267) ; 中坂 佑太 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30629548)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 化学工学 / ゼオライト / 錯体 / クラスター / メタロシリケート / 鉄クラスター / 鉄錯体

Outline of Research at the Start

本研究はゼオライト構造を有するメタロシリケートのナノ空間およびその細孔表面の制御性を活用し、ナノ空間に遷移金属クラスターあるいは遷移金属と有機配位子から成る錯体を形成させた新しい構造体創成に挑む。メタロシリケートの細孔表面と細孔構造の特性がもたらす金属クラスターおよび金属錯体の形態・安定性制御の達成により新しい触媒反応プロセス開発への指針が得られると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

原子数個からなる金属クラスターや金属の周りに有機配位子が配位した金属錯体は、それ自身が非常に高い活性を有する。その一方、金属クラスターは気相のフリーな空間で不安定であり、その合一により活性低下が生じやすい。また、金属錯体は反応中に錯体自身の分解が徐々に進行する。これらの要因により、金属クラスターや金属錯体の活性を安定に維持することが困難である。本研究は、この問題を解決するために、ゼオライト構造を有するメタロシリケートのナノ空間の制御性を活用し、遷移金属クラスター、錯体をメタロシリケートの細孔内に形成させた新しい構造体の創成に挑戦することで、新しい触媒反応プロセス提案を目指している。2019年度はゼオライト構造を有するメタロシリケートのナノ空間での錯体形成を実施した。まずMFI型および*BEA型の構造を有したアルミを含まないフェリシリケートを水熱合成した。その結果、MFI型と*BEA型の構造についてはフェリシリケート合成に成功したが、FAU型の構造については合成に至っていない。しかし、アルミと鉄が共存したferroaluminosilicateのFAUは合成に概ね成功した。これら合成した試料のイオン交換サイトに鉄を導入し、ついでピリミジン（MFI）、ビピリジン（*BEAとFAU）を有機配位子として導入した。UV-vis測定を実施したところ金属‐配位子に由来するMLCTピークが観測されたことから、細孔内における錯体の形成が示唆される結果を得た。また、ゼオライト骨格中の金属種を変化させることにより細孔内に形成させる錯体の状態を制御できることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2019年度は当初の予定通り、MFI型および*BEA型の構造を有するフェリシリケートの合成を行い、その細孔の中に選定した遷移金属および有機配位子を導入することによりフェリシリケートの細孔内部において金属有機錯体の形成に成功した。FAU型の構造では、構造中にアルミと鉄が共存するferroaluminosilicateの合成に成功しており、この細孔内でも同様に金属有機錯体の形成に成功した。今後もFAU型構造を有するフェリシリケート合成に挑戦する予定である。よって、当初計画に対して本研究は概ね順調に進行していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

FAU型の構造を有するフェリシリケートの合成を継続して挑戦する。また、2020年度からはフェリシリケートのナノ空間内にFe-O-Feの活性種を形成させ、それをコアにした酸化鉄のクラスターならびに鉄のクラスター形成を試みる。2019年度、2020年度で調製した構造体を用い触媒反応を実施し本研究で得られた触媒の優位性を検討する。