| 研究課題/領域番号 |
19H02508
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 崇城大学 |
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研究代表者 |
草壁 克己 崇城大学, 工学部, 教授 (30153274)
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| 研究分担者 |
大河平 紀司 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (60629210)
櫻木 美菜 (水谷美菜) 崇城大学, 工学部, 准教授 (90646829)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
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| キーワード | 触媒 / 多孔質 / 結晶 / ナノ孔 / 多孔質材料 / 金ナノクラスター / 光触媒 / 固定化触媒 / 多孔質結晶 / 発光挙動 / フラーレン / ポルフィリン / 結晶化 / パラジウムナノクラスター / ナノリアクター / 触媒反応 / 金属ナノクラスター / 金属有機構造体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
両親媒性ナノ孔結晶であるシクロデキストリン系金属有機構造体(CD-MOF)は親水性と疎水性のナノ孔が連結したネックレス型チャネル構造を持つことが特徴である。例えば塩化金酸のメタノール溶液中にCD-MOFを浸漬すると、塩化金酸は親水性ナノ孔(径1.7nm)に孤立化するために、グルコースユニットの還元作用でサイズ2 nm以下の金ナノクラスターがCD-MOF内に高分散で高密度に創成する。本研究では、貴金属ナノクラスターを起点にPd-Ru合金ナノクラスター、酸化物ナノクラスター及び有機分子触媒内包CD-MOFの創成に挑戦し、これらのナノクラスター触媒の触媒特性を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
多孔質有機結晶であるシクロデキストリン系金属有機構造体(CD-MOF)を結晶化した。CD-MOFのナノ孔内に吸着法や同時結晶化法を用いて触媒活性を持つ貴金属や分子を高効率で導入した。パラジウムナノ粒子を導入したCD-MOFはスズキカップリング反応に高い触媒活性を示し、触媒量を1/25としても市販のPd/Cと同様の活性を示した。有機金属触媒であるコバルトポルフィリンをCD-MOFに導入すると、均一触媒とほぼ同じ活性を示すが、結晶内拡散の影響により反応速度は減少した。最後にフラーレンC60を導入したCD-MOFは、フェニルボロン酸のヒドロキシル化反応において高い光触媒特性を示すことを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
有機金属触媒や有機分子触媒は医薬系の分野で使用されている。これらの触媒は高価であるため多孔質材料へ高分散導入することで、再生使用することが望まれる。シクロデキストリン系金属有機構造体(CD-MOF)は生体に安全な材料であり、ドラッグキャリアーとしての応用が期待されている。本研究ではCD-MOF内にコバルトポルフィリンやフラーレンC60を高効率、高分散導入する手法を開発し、これらの不均一CD-MOF触媒は均一触媒の触媒活性に匹敵することを明らかにし、医薬系材料開発の触媒として適していることがわかった。
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