新規ナノ複合物質の創製と水素機能創出

• 研究課題/領域番号: 15H03784
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小林 浩和 京都大学, 理学研究科, 研究員 (30512694)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
• キーワード: 水素吸蔵 / ナノ粒子 / 多孔性金属錯体 / Pt / Ni / 触媒・化学プロセス / 水素 / 新エネルギー / 金属ナノ触媒

研究成果の概要

金属イオンを有機配位子で架橋した多孔性金属錯体(MOF)を利用して、Niナノ粒子や
Ptナノ粒子をMOFで被覆することにより、金属ナノ粒子の電子状態とくにフェルミ準位の状態密度の制御を達成した。特に、Pt@HKUST-1は電荷移動によりPt単体とは異なる水素吸蔵特性を発現することを初めて明らかにした。Ptは有機合成反応や燃料電池などに用いられる有用な触媒であり、得られたPt@HKUST-1は新しい反応の発見、新たな水素の活性化の発見に繋がる新型触媒に成り得ると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] 61Ni synchrotron-radiation-based M?ssbauer absorption spectroscopy of Ni nanoparticle composites (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda Ryo、Kobayashi Hirokazu、Aoyama Yoshimasa、Saito Makina、Kitao Shinji、Ishibashi Hiroki、Hosokawa Shuichi、Mitsui Takaya、Yoda Yoshitaka、Kitagawa Hiroshi、Seto Makoto
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 239 号: 1 ページ: 11-11
  • DOI: 10.1007/s10751-018-1488-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen storage and stability properties of Pd-Pt solid-solution nanoparticles revealed via atomic and electronic structure (2017)
  • 著者名/発表者名: L. S. R. Kumara, Osami Sakata, H. Kobayashi, C. Song, S. Kohara, T. Ina, T. Yoshimoto, S. Yoshioka, S. Matsumura, & H. Kitagawa
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 7 号: 1 ページ: 14606-14616
  • DOI: 10.1038/s41598-017-14494-7
  • NAID: 120007006233
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stacking fault density and bond orientational order of fcc ruthenium nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Okkyun Seo, Osami Sakata, Jae Myung Kim, Satoshi Hiroi, Chulho Song, L. S. R. Kumara, Koji Ohara, Shun Dekura, Kohei Kusada, Hirokazu Kobayashi, and Hiroshi Kitagawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 111 号: 25 ページ: 253101-253101
  • DOI: 10.1063/1.5006830
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disappearance of the Superionic Phase Transition in Sub-5 nm Silver Iodide Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Takayuki、Kobayashi Hirokazu、Kumara Loku Singgappulige Rosantha、Sakata Osami、Nitta Kiyofumi、Uruga Tomoya、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 17 号: 9 ページ: 5273-5276
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of Hexagonal Structured Pd-B Nanocrystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Keigo、Kobayashi Hirokazu、Maesato Mitsuhiko、Hayashi Mikihiro、Yamamoto Tomokazu、Yoshioka Satoru、Matsumura Syo、Sugiyama Takeharu、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Nakanishi Hiroshi、Kitagawa Hiroshi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 56 号: 23 ページ: 6578-6582
  • DOI: 10.1002/anie.201703209
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational states of atomic hydrogen in bulk and nanocrystalline palladium studied by neutron spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Kofu Maiko、Hashimoto Naoki、Akiba Hiroshi、Kobayashi Hirokazu、Kitagawa Hiroshi、Iida Kazuki、Nakamura Mitsutaka、Yamamuro Osamu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 5 ページ: 054304-054304
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.054304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile Synthesis of Size-Controlled Rh Nanoparticles via Microwave-Assisted Alcohol Reduction and Their Catalysis of CO Oxidation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishida, K. Sato, T. Yamamoto, D. Wu, K. Kusada, H. Kobayashi, S. Matsumura, H. Kitagawa, K. Nagaoka
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 46 号: 8 ページ: 1254-1257
  • DOI: 10.1246/cl.170440
  • NAID: 130005906950
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Room-Temperature Superionic Conductivity of Silver Iodide Nanoparticles under Pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, M. Maesato, N. Hirao, S. Kawaguchi, S. Kawaguchi, Y. Ohishi, Y. Kubota, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 4 ページ: 1392-1395
  • DOI: 10.1021/jacs.6b11379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Structure Evolution with Composition Alteration of RhxCuy Alloy Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Palina, O. Sakata, L. S. R. Kumara, C. Song, K. Sato, K. Nagaoka, T. Komatsu, H. Kobayashi, K. Kusada, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 41264-41264
  • DOI: 10.1038/srep41264
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Encapsulation of Bimetallic Metal Nanoparticles into Robust Zr-Based Metal-Organic Frameworks: Evaluation of the Catalytic Potential for Size-Selective Hydrogenation (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Rösler, S. Dissegna, V. L. Rechac, M. Kauer, P. Guo, S. Turner, K. Ollegott, H. Kobayashi, T. Yamamoto, D. Peeters, Y. Wang, S. Matsumura, G. Van Tendeloo, H. Kitagawa, M. Muhler, F. X. L. i Xamena, R. A. Fischer
  • 雑誌名: Chemistry - European Journal 巻: 23 号: 15 ページ: 3583-3594
  • DOI: 10.1002/chem.201603984
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First-Principles Calculation, Synthesis and Catalytic Properties of Rh1-xCux Alloy Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Komatsu, H. Kobayashi, K. Kusada, Y. Kubota, M. Takata, T. Yamamoto, S. Matsumura, K. Sato, K. Nagaoka, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Chemistry - European Journal 巻: 23 号: 1 ページ: 57-60
  • DOI: 10.1002/chem.201604286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solid-Solution Alloying of Immiscible Ru and Cu with Enhanced CO Oxidation Activity (2017)
  • 著者名/発表者名: B. Huang, H. Kobayashi, T. Yamamoto, S. Matsumura, Y. Nishida, K. Sato, K. Nagaoka, S. Kawaguchi, Y. Kubota, H. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 13 ページ: 4643-4646
  • DOI: 10.1021/jacs.7b01186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanometer-Size Effect on Hydrogen Sites in Palladium Lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Akiba, M. Kofu, H. Kobayashi, H. Kitagawa, K. Ikeda, T. Otomo, O. Yamamuro
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 号: 32 ページ: 10238-10243
  • DOI: 10.1021/jacs.6b04970
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal Nanoparticles Covered with Metal-Organic Framework: From One-Pot Synthetic Methods to Synergistic Energy Storage and Conversion Functions (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, Y. Mitsuka, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 15 ページ: 7301-7310
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b00911
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Synthetic Pseudo-Rh: NOx Reduction Activity and Electronic Structure of Pd-Ru Solid-solution Alloy Nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, H. Tomonaga, T. Yamamoto, S. Matsumura, D. Zulkifli, T. Ishimoto, M. Koyama, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa, K. Nagaoka
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28265-28265
  • DOI: 10.1038/srep28265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen diffusion in bulk and nanocrystalline palladium: A quasielastic neutron scattering study (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kofu, N. Hashimoto, H. Akiba, H. Kobayashi, H. Kitagawa, M. Tyagi, A. Faraone, J. R. D. Copley, W. Lohstroh, O. Yamamuro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 号: 6 ページ: 064303-064303
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.064303
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Size Dependence of Structural Parameters in fcc and hcp Ru Nanoparticles, Revealed by Rietveld Refinement Analysis of High-energy X-ray Diffraction Data (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Song, O. Sakata, L. S. R. Kumara, S. Kohara, A. Yang, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 31400-31400
  • DOI: 10.1038/srep31400
  • NAID: 120005860052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Seed-Mediated Spray-Drying Method for Facile Syntheses of Zr-MOF and a Pillared-Layer Type MOF (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mitsuka, K. Nagashima, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 45 号: 11 ページ: 1313-1315
  • DOI: 10.1246/cl.160651
  • NAID: 130005509409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of the Catalytic Activity of Face-Centered-Cubic Ruthenium Nanoparticles Determined from an Atomic-Scale Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: L. S. R. Kumara, O. Sakata, S. Kohara, A. Yang, C. Song, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 18 号: 44 ページ: 30622-30629
  • DOI: 10.1039/c6cp04088h
  • NAID: 120005856165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Studies of Metal Nanoparticles using High-energy X-ray Diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: L. S. R. Kumara, O. Sakata, S. Kohara, A. Yang, C. Song, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1741 ページ: 050016-050016
  • DOI: 10.1063/1.4952936
  • 査読あり
• [雑誌論文] 61Ni synchrotron radiation-based Mössbauer spectroscopy of nickel-based nanoparticles with hexagonal structure (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Masuda, Y. Kobayashi, S. Kitao, M. Kurokuzu, M. Saito, Y. Yoda, T. Mitsui, K. Hosoi, H. Kobayashi, H. Kitagawa and M. Seto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 20861-20868
  • DOI: 10.1038/srep20861
  • NAID: 120005705945
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Creation of Novel Solid-Solution Alloy Nanoparticles on the Basis of Density-of-States Engineering by Interelement Fusion (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, K. Kusada, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 48 号: 6 ページ: 1551-1559
  • DOI: 10.1021/ar500413e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid Materials of Ni NP@MOF prepared by a Simple Synthetic Method (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mukoyoshi, H. Kobayashi, K. Kusada, M. Hayashi, T. Yamada, M. Maesato, Jared M. Taylor, Y. Kubota, K. Kato, M. Takata, T. Yamamoto, S. Matsumura, H. Kitagawa
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 62 ページ: 10169-10172
  • DOI: 10.1039/c5cc04663g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Glass transition and positional ordering of hydrogen in bulk and nanocrystalline palladium (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Akiba, H. Kobayashi, H. Kitagawa, M. Kofu, O. Yamamuro
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 6 ページ: 064202-064209
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.064202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual Lewis Acidic/Basic Pd0.5Ru0.5-Poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) Alloyed Nanoparticle: Outstanding Catalytic Activity and Selectivity in Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: M.S. Kutubi, K. Sato, K. Wada, T. Yamamoto, S. Matsumura, K. Kusada, H. Kobayashi, H. Kitagawa , K. Nagaoka
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 7 号: 23 ページ: 3887-3894
  • DOI: 10.1002/cctc.201500758
  • 査読あり
• [雑誌論文] STEM study of bimetallic Pd-Ru nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, K. Kusada, K. Sato, S. Yoshioka, H. Kobayashi, K. Nagaoka, H. Kitagawa, S. Matsumura
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 64 号: suppl 1 ページ: 97-97
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfv245
• [学会発表] Pt Nanocrystals Covered with Metal－organic Framework for CO Oxidation Catalysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Yoshihide Nishida, Katsutoshi Sato, Katsutoshi Nagaoka, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] 多孔性金属錯体で被覆したRhナノ粒子の合成と触媒反応評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青山 良正、小林 浩和、北川 宏
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] Water-Gas Shift Reaction Activity of Pt Nanocrystals covered with a Metal-Organic Framework (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ogiwara, Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] Highly Enhanced CO Oxidation Activity via Whole Composition Atomic-Level Mixing of Cu to Ru in Immiscible Ru-Cu System (2018)
  • 著者名/発表者名: Bo Huang, Hirokazu Kobayashi, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Yoshihide Nishida, Katsutoshi Sato, Katsutoshi Nagaoka, Wei Xie, Michihisa Koyama, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] Pd-H Chemical Bond in α-phase PdHx (2018)
  • 著者名/発表者名: Shun Dekura, Hirokazu Kobayashi, Ryuichi Ikeda, Mitsuhiko Maesato, Haruka Yoshino, Masaaki Ohba, Takayoshi Ishimoto, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Satoru Yoshioka, Syo Matsumura, Takeharu Sugiyama, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会 (2018)
• [学会発表] Metal Nanoparticles Covered with Metal-organic Framework for Hydrogen Storage/Catalysis Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 金属ナノ粒子と多孔性金属錯体のハイブリッド化による水素吸蔵機能と触媒材料への展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 浩和
  • 学会等名: 分子研研究会「金属錯体の情報制御と機能連動」
  • 発表場所: 分子科学研究所 明大寺キャンパス
  • 年月日: 2017-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] 二酸化炭素の水素化によるメタノール合成用Cu/多孔性金属錯体触媒の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林浩和, 山本知一, 松村晶, 北川宏
  • 学会等名: 第68回コロイドおよび界面化学討論会
• [学会発表] Creation of Novel Metal Nanostructured Materials with Hydrogen Storage and Catalytic Function (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi
  • 学会等名: Joint UK-Japan Symposium on Nanomaterials, Catalysis and Hydrogen Research
  • 招待講演
• [学会発表] Metal Nanoparticle Covered with Metal-organic Frameworks for Hydrogen Storage/Catalysis Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: The International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC) 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Metal Nanoparticle Covered with Metal-Organic Framework for Energy Storage/Conversion Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: 5th International Conference on Metal-Organic Frameworks & Open Framework Compounds
  • 発表場所: Long Beach, California
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] 水素雰囲気下in situ放射光X線回折を用いた金属ナノ構造体のその場測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林 浩和
  • 学会等名: SPRUC 構造物性研究会
  • 発表場所: 関西学院大学三田キャンパス
  • 年月日: 2016-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Highly Enhanced CO2 Reduction Activity of Cu Nanocatalysts Covered with a Metal-organic Framework (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: European Advanced Materials Congress
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 年月日: 2016-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] Significantly Enhanced CO2 Reduction Activity of Cu Nanocatalysts by Hybridization with a Metal-organic Framework (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: International Conference on Coordination Chemistry, 2016
  • 発表場所: Brest, France
  • 年月日: 2016-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Metal nanoparticle@metal-organic framework for energy storage/conversion applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi
  • 学会等名: 2016 Japan-Germany Joint Symposium on Advanced Characterization of Nanostructured Materials for Energy and Environment
  • 発表場所: Düsseldorf, Germany
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] Creation of Novel Metal Nanoparticles with Hydrogen Storage Function (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-25
• [学会発表] Significant Enhancement of Hydrogen-storage Capacity and Speed in Metal Nanocrystals Covered with a Metal–organic Framework (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi, Guangqin Li, Kohei Kusada, Hiroshi Kitagawa
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会
• [学会発表] Creation of Nanostructured Materials for Hydrogen Storage (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Kobayashi
  • 学会等名: 1st Japan-Korea Joint Symposium on Protonics and Related Materials
  • 発表場所: Kyoto University
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会