サイズ・構造を制御したナノクラスター固定化触媒による触媒機能-構造相関の解明

• 研究課題/領域番号: 15H05475
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 角山 寛規 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (40390661)
• 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: 22,490千円 (直接経費: 17,300千円、間接経費: 5,190千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2015年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
• キーワード: ナノクラスター / 電極触媒 / 白金 / パラジウム / サイズ制御 / カップリング反応 / 水素発生 / 触媒化学 / サイズ効果 / 触媒・化学プロセス / ナノ材料

研究成果の概要

高強度ナノクラスター源を用いて、サイズ (原子数) を峻別した金属ナノクラスターをチタン酸ストロンチウム清浄基板上にソフトランディングして、単一サイズ金属ナノクラスター触媒を作製した。大気圧下、水中にて水素発生反応に対する触媒活性のサイズ依存性を評価した結果、30量体付近のサイズで原子あたりの活性が最大となることを明らかにした。光電子分光などを用いてナノクラスターの電子構造を評価した結果、高活性の起源が、ナノクラスターとチタン酸ストロンチウムの電子構造のエネルギー的な一致が重要であると結論した。加えて、高強度ナノクラスター源の開発によって、金属内包シリコンケージナノクラスターの合成を達成した。

研究成果

• [雑誌論文] Size-Effect on Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction by Single-Size Platinum Nanocluster Catalysts Immobilized on Strontium Titanate (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsunoyama Hironori, Yamano Yohei, Zhang Chuhang, Komori Masafumi, Eguchi Toyoaki, and Nakajima Atsushi
  • 雑誌名: Topics in Catalysis 巻: 61 号: 1-2 ページ: 126-135
  • DOI: 10.1007/s11244-018-0884-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Metal-Encapsulating Si16 Cage Superatoms (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsunoyama Hironori、Shibuta Masahiro、Nakaya Masato、Eguchi Toyoaki、Nakajima Atsushi
  • 雑誌名: Accounts of Chemical Research 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 1735-1745
  • DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00085
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geometric and electronic properties of Si-atom doped Al clusters: robustness of binary superatoms against charging (2017)
  • 著者名/発表者名: Akutsu Minoru、Koyasu Kiichirou、Atobe Junko、Miyajima Ken、Mitsui Masaaki、Tsunoyama Hironori、Nakajima Atsushi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 号: 31 ページ: 20401-20411
  • DOI: 10.1039/c7cp03409a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Ordered Self-Assembled Monolayers of Carboxy- and Ester-Terminated Alkanethiol on Au(111): Infrared Absorption and Hyperthermal-Deposition Experiments with Cr(benzene)2 Ions (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Hirata, Shoichiro Suga, Yuji Noguchi, Masahiro Shibuta, Hironori Tsunoyama, Toyoaki Eguchi, and Atsushi Nakajima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 号: 12 ページ: 6736-6747
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b00292
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A designer ligand field for blue-green luminescence of organoeuropium(ii) sandwich complexes with cyclononatetraenyl ligands (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Kenshiro、Sugiyama Rion、Tsuji Takashi、Iwasa Takeshi、Tsunoyama Hironori、Mizuhata Yoshiyuki、Tokitoh Norihiro、Nakajima Atsushi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 49 ページ: 6557-6560
  • DOI: 10.1039/c7cc03045b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Integrated Dry-Wet Synthesis Method for Metal Encapsulating Silicon Cage Superatoms of M@Si16 (M = Ti and Ta) (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsunoyama Hironori、Akatsuka Hiroki、Shibuta Masahiro、Iwasa Takeshi、Mizuhata Yoshiyuki、Tokitoh Norihiro、Nakajima Atsushi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 121 号: 37 ページ: 20507-20516
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b06449
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anion Photoelectron Spectroscopy of Rubrene: Molecular Insights into Singlet Fission Energetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsunoyama Hironori、Nakajima Atsushi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 121 号: 38 ページ: 20680-20686
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b06900
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大電力パルスマグネトロンスパッタを用いたナノクラスター超原子の生成技術 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角山寛規、戸名正英、塚本恵三、中嶋 敦
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 60 号: 9 ページ: 352-361
  • DOI: 10.3131/jvsj2.60.352
  • NAID: 130006077256
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extended Smoluchowski Model for the Formation of Size-Selected Silver Nanoclusters Generated via Modulated Pulsed Power Magnetron Sputtering (2016)
  • 著者名/発表者名: Chuhang Zhang, Hironori Tsunoyama, Yuanxin Feng, and Atsushi Nakajima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C. 巻: 120 号: 10 ページ: 5667-5672
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b10531
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charge Transfer Complexation of Ta-Encapsulating Ta@Si16 Superatom with C60 (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Ohta, Masahiro Shibuta, Hironori Tsunoyama, Toyoaki Eguchi, and Atsushi Nakajima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 28 ページ: 15265-15271
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b04955
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Synthesis of Nanocluster Superatoms based on Integrations of Chemical and Physical Methods (2018)
  • 著者名/発表者名: 角山寛規
  • 学会等名: International Conference on Supramolecules and Foresic Nanotechnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機ユウロピウム(II)サンドイッチクラスターの発光特性における配位子場効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 角山 寛規・安部 香菜子・水畑 吉行・時任 宣博・中嶋 敦
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] Synthesis of Metal Encapsulating Silico-polyhedron M@Si16 based on Gas-phase Synthetic Approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Hironori Tsunoyama, Masahiro Shibuta, Takeshi Iwasa, Yoshiyuki Mizuhata, Norihiro Tokitoh, Atsushi Nakajima
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (横浜市、神奈川県)
  • 年月日: 2017-03-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 単一サイズ白金ナノクラスターを担持したチタン酸ストロンチウム(100)電極による水の電気分解: サイズ効果および安定性の評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山野 陽平,小林 諒太, 張 初航, 江口 豊明, 角山 寛規, 中嶋 敦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (横浜市、神奈川県)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] チタン酸ストロンチウムSrTiO3(100)基板上に固定化した単一サイズパラジウムナノクラスター触媒によるカップリング反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小森 将史, 伊東 春親, 渋田 昌弘, 江口 豊明, 角山 寛規, 中嶋 敦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (横浜市、神奈川県)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ナノクラスターの選択的合成ための超微細マイクロリアクターの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村 翔一, 角山 寛規, 中嶋 敦
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (横浜市、神奈川県)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ナノ物質科学に向けたナノクラスターの精密大量合成法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 角山寛規
  • 学会等名: 分子科学討論会2017
  • 招待講演
• [学会発表] 金属内包シリコン多面体超原子 M@Si16 (M=Ti, Ta) の 大量合成と構造評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 角山寛規，赤塚紘己，渋田昌弘, 岩佐 豪,水畑吉行,時任宣博,中嶋敦
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会2016
  • 発表場所: 神戸ファッションマート (神戸市、兵庫県)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] SrTiO3(100) に担持した単一サイズパラジウムナノクラスター触媒による鈴木宮浦カップリング触媒作用：サイズ特異性の起源の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊東 春親、小森 将史、渋田 昌弘、江口 豊明、 角山 寛規、中嶋 敦
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会2016
  • 発表場所: 神戸ファッションマート (神戸市、兵庫県)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 遷移金属内包シリコン超原子ナノクラスターの精密大量合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 角山寛規，赤塚紘己，渋田昌弘, 岩佐 豪,水畑吉行,時任宣博,中嶋敦
  • 学会等名: ナノ学会第14回大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場 (北九州市、福岡)
  • 年月日: 2016-06-14
• [学会発表] 高出力インパルスマグネトロンスパッタリング法を用いた二成分魔法数ナノクラスターの 選択的生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 角山 寛規・菅原 和人・中嶋 敦
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学 (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] サイズを規定したSrTiO3(100)担持パラジウムナノクラスターのカップリング触媒作用におけるサイズ効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊東 春親・小林 諒太・江口 豊明・角山 寛規・中嶋 敦
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学 (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 高出力インパルスマグネトロンスパッタリング法を用いた 高強度・サイズ選別ナノクラスターイオン源の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 角山 寛規・張 初航・山本 宏晃・戸名 正英・塚本 恵三・中嶋 敦
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東工大 (東京都・目黒区)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Size-effect on Electrochemical Water Reduction by Size Selected Pt Nanoclusters deposited on SrTiO3(100) (2015)
  • 著者名/発表者名: 山野陽平・張初航・小林諒太・江口豊明・角山寛規・中嶋敦
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会