機能性触媒のデザインにおけるカーボンナノチューブ内部空間の利用

• 研究課題/領域番号: 22710088
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 湯村 尚史 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 助教 (80452374)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2012年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2011年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2010年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 触媒反応 / 密度汎関数法計算 / 軌道相互作用 / 遷移金属 / 密度汎関数法 / 触媒 / ナノチューブ / 制限された空間

研究概要

本研究では, カーボンナノチューブ表面での位置選択的化学修飾に関する知見を密度汎関数法計算で得た. 実際, 過マンガン酸カリウムが複数ナノチューブに付加した場合, 化学修飾基はチューブ軸方向へ配列し, その結果, 空孔欠陥が生成した. これらの空孔欠陥は金属クラスターを捕捉する能力を有することも分かった. これらの知見を基に, 二核銅原子をナノチューブ内部に担持した材料を理論的に構築したが, この担持体では酸素分子活性化は容易でないことが分かった.

研究成果

• [雑誌論文] 表面における計算科学 (1)軌道概念をもちいて (2013)
  • 著者名/発表者名: 湯村 尚史
  • 雑誌名: 色材協会誌 "最新表面科学講座" 巻: 24-12-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] 表面における計算科学 (2)密度汎関数法 (第一原理計算) (2013)
  • 著者名/発表者名: 湯村 尚史
  • 雑誌名: 色材協会誌"最新表面科学講座" 巻: 24-12-3
  • NAID: 130004516234
  • 査読あり
• [雑誌論文] 表面における計算科学 (1) 軌道概念をもちいて (2013)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史
  • 雑誌名: 色材協会誌 “最新表面科学講座” 巻: なし
  • 査読あり
• [雑誌論文] 表面における計算科学 (2) 密度汎関数法 (第一原理計算) (2013)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史
  • 雑誌名: 色材協会誌 “最新表面科学講座” 巻: なし
  • NAID: 130004516234
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Role of Weak Bonding in Determining the Structure of Thiophene Oligomers inside Carbon Nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, H.; Yumura, T.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 116 号: 17 ページ: 9681-9690
  • DOI: 10.1021/jp301972e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual-Copper Catalytic Site Formed in CuMFI Zeolite Makes Effective Activationof Ethane Possible Even at Room Temperature. (2012)
  • 著者名/発表者名: Itadani, A. ; Torigoe, H.;, et al.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 号: 19 ページ: 10680-10691
  • DOI: 10.1021/jp3022858
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of Reaction Intermediates from Unzipping Nanotubes via the Diketone Formation: A Computational Study (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kanemitsu, T.
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2012 号: 1
  • DOI: 10.1155/2012/612672
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetics of Dioxygen Binding into Graphene Patches with Various Sizes and Shapes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kobayashi, H.; Yamabe, T.
  • 雑誌名: Science China-Chemistry 巻: 55 号: 5 ページ: 787-795
  • DOI: 10.1007/s11426-012-4508-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unprecedented Reversible Redox Process in the ZnMFI-H_2 System Involving Formation of Stable Atomic Zn^0 (2012)
  • 著者名/発表者名: Oda, A. ; Torigoe, H.; et al.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 51 号: 31 ページ: 7719-7723
  • DOI: 10.1002/anie.201201000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Platinum Clusters on Vacancy-type Defects of Nanometer-sized Graphene Patches (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Awano, T.; Kobayashi, H.;Yamabe, T.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 17 号: 7 ページ: 7941-7960
  • DOI: 10.3390/molecules17077941
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetics of Dioxygen Binding into Graphene Patches with Various Sizes and Shapes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., et al
  • 雑誌名: Science China Chemistry 巻: 55(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemically Reactive Species Remain Alive inside Carbon Nanotubes: A Density Functional Theory Study (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 13 号: 1 ページ: 337-346
  • DOI: 10.1039/c0cp00796j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Behavior of Ag3 Clusters inside a Nanometer-sized Space of ZSM-5 Zeolite (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Nanba, T.; Torigoe, H.; Kuroda,Y.; Kobayashi, H.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 50 号: 14 ページ: 6533-6542
  • DOI: 10.1021/ic2001514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemically Reactive Species Remain Alive inside Carbon Nanotubes : A Density Functional Theory Study (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 13 ページ: 337-346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-specific Xe Additions into Cu-ZSM-5 Zeolite (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Yamashita, H.; Torigoe, H.;Kobayashi, H.; Kuroda, Y.:
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 12 号: 10 ページ: 2932-2400
  • DOI: 10.1039/b919032e
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Variety of Carbon-Metal Bonds inside Cu-ZSM-5 Zeolites: A Density Functional Theory Study (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Hasegawa, S.; Itadani, A.;Kobayashi, H.; Kuroda, Y.:
  • 雑誌名: Materials 巻: 3 号: 4 ページ: 2516-2535
  • DOI: 10.3390/ma3042516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Existence of Dual Species Composed of Cu+ in CuMFI Being Bridged by C2H2 (2010)
  • 著者名/発表者名: Itadani, A.; Yumura, T.; Ohkubo, T.;Kobayashi, H.; Kuroda, Y.:
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 12 号: 24 ページ: 6455-6465
  • DOI: 10.1039/c000967a
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1,4-Dihydro-1,4-diarsinine-Bridged Dinuclear trans-Dihaloplatinum(II) Complexes: Synthesis and Controlled Pt-Pt interaction by Halogen Substitution Induced Conformational Change (2010)
  • 著者名/発表者名: Arita, M.; Naka, K.; Shimamoto, T.;Yumura, T.; Nakahashi, A.; Morisaki, Y.; Chujo,Y.:
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 29 号: 21 ページ: 4992-5003
  • DOI: 10.1021/om100201x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Information on Structure and Energetic Features of Cu Xe Species Formed in MFI-Type Zeolite at Room Temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Torigoe, H.; Mori, T.; Fujie, K.; Ohkubo, T.;Itadani, A.; Gotoh, K.; Ishida, H.; Yamashita, H.;Yumura, T.; Kobayashi, H.; Kuroda, Y.:
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 1 号: 18 ページ: 2642-2650
  • DOI: 10.1021/jz100838c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of Radical Characters of Pristine and Nitrogen-substituted Hydrographene in Dioxygen Bindings (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kobayashi, H.; Yamabe, T.:
  • 雑誌名: The Journal Chemical Physics 巻: 133 号: 17 ページ: 174703-174703
  • DOI: 10.1063/1.3497649
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of Radical Characters of Pristine and Nitrogen-substituted Hydrographene in Dioxygen Bindings (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kobayashi, H.; Yamabe, T.
  • 雑誌名: Journal Chemical Physics 巻: 133 ページ: 174703-174703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Information on Structure and Energetic Features of Cu^+-Xe Species Formed in MFI-Type Zeolite at Room Temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Torigoe, H., et al.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letter 巻: 1 ページ: 2642-2650
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1,4-Dihydro-1,4-Diarsinine-Bridged Dinuclear trans-Dihaloplatinium(II) Complexes : Synthesis and Controlled Pt-Pt Interaction by Halogen Substitution Induced Conformational Change. (2010)
  • 著者名/発表者名: Arita, M., et al.
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 29 ページ: 4992-5003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Existence of Dual Species Composed of Cu^+ in CuMFI Being Bridged by C_2H_2 (2010)
  • 著者名/発表者名: Itadani, A., et al.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 12 ページ: 6455-6465
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Variety of Carbon-Metal Bonds Formed inside ZSM-5 Zeolite : A Density Functional Theory Study (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., et al.
  • 雑誌名: Materials 巻: 3 ページ: 2516-2535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-specific Xe Additions into Cu-ZSM-5 Zeolite (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., et al.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 12 ページ: 2392-2400
  • 査読あり
• [学会発表] カーボンナノチューブ内部チオフェンオリゴマー間に働く鎖間相互作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・山下裕生
  • 学会等名: 日本化学会第93 春季年会
  • 発表場所: 立命館大学(南草津)
  • 年月日: 2013-03-24
• [学会発表] イモゴライト内部表面と二酸化炭素との相互作用に関する密度汎関数法計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優・湯村尚史・小林久芳
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学(南草津)
  • 年月日: 2013-03-24
• [学会発表] 二酸化炭素を捕捉したグラフェンオキサイドの構造特性に関する密度汎関数計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎愛弓・湯村尚史・小林久芳
  • 学会等名: 日本化学会第93 春季年会
  • 発表場所: 立命館大学(南草津)
  • 年月日: 2013-03-22
• [学会発表] イモゴライト内部表面と二酸化炭素との相互作用に関する密度汎関数法計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 優・湯村 尚史・小林 久芳
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会 (2013)
  • 発表場所: 立命館大学 (南草津）
• [学会発表] 二酸化炭素を捕捉したグラフェンオキサイドの構造特性に関する密度汎関数計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎 愛弓・湯村 尚史・小林 久芳
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会 (2013)
  • 発表場所: 立命館大学 (南草津）
• [学会発表] カーボンナノチューブ内部チオフェンオリゴマー間に働く鎖間相互作用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 湯村 尚史・山下 裕生
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会 (2013)
  • 発表場所: 立命館大学 (南草津）
• [学会発表] ZeoliteConfinement Effect in Stability of Reaction Intermediates for C-H Bond Activation (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kobayashi, H.:
  • 学会等名: International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)-2012
  • 発表場所: Mercure HotelBrisbane (Australia)
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] Chemically Reactive Species Remain Alive Inside Carbon Nanotube: A Density Functional Theory Calculation Study (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.:
  • 学会等名: International Conference on Science andTechnology of Synthetic Metal (ICSM) 2012
  • 発表場所: Hyatt Regency Atlanta (Georgia,USA).
  • 年月日: 2012-07-10
• [学会発表] Introduction of Vacancy-type Defect to Graphene Enhances the Interactions with Platinum Cluster (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Awano, T.; Kobayashi, H.;Yamabe, T.:
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metal (ICSM) 2012
  • 発表場所: Hyatt Regency Atlanta (Georgia, USA).
  • 年月日: 2012-07-10
• [学会発表] Electronic Properties of Nanometer-sized Hydrographene Species And Their Use for Dioxygen Activation (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kobayashi, H.; Yamabe, T.:
  • 学会等名: Carbon 2012
  • 発表場所: Auditorium Maximum, (Krakow,Poland).
  • 年月日: 2012-06-19
• [学会発表] Roles of Weak Interactions in Determining Orientation of Thiophene Oligomer inside Carbon Nanotube (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, H.; Yumura T.:
  • 学会等名: Carbon 2012
  • 発表場所: Auditorium Maximum,(Krakow, Poland).
  • 年月日: 2012-06-19
• [学会発表] カーボンナノチューブホストとチオフェンオリゴマーとの相互作用における弱い力の重要性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山下裕生・湯村尚史・小林久芳
  • 学会等名: 日本化学会第92 春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (横浜).
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] カーボンナノチューブホストとチオフェンオリゴマーとの相互作用における弱い力の重要性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山下裕生、湯村尚史、小林久芳
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学(横浜)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Zeolite Confinement Effect in Stability of Reaction Intermediates for C-H Bond Activation (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T. and Kobayashi, H.
  • 学会等名: International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)-2012
  • 発表場所: Brisbane (Australia)
  • 招待講演
• [学会発表] The activation of C-H bonds in CH4 mediated by transition metal cations inside a ZSM-5 cavity (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.:
  • 学会等名: 5th IDECAT/ERIC-JCAT Conference on Catalysis
  • 発表場所: University Residential Center of Bertinoro (Italy).
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] The activation of C-H bonds in CH_4 mediated by transition metalcations inside a ZSM-5 cavity (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.
  • 学会等名: 5th IDECAT/ERIC-JCAT Conference on Catalysis
  • 発表場所: University Residential Center of Bertinoro (Italy)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] ZSM-5 ゼオライトナノ細孔中でのキセノン原子の吸着 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下裕生・湯村尚史・鳥越裕恵・黒田泰重・小林久芳
  • 学会等名: 第五回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] ZSM-5ゼオライトナノ細孔中でのキセノン原子の吸着 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下裕生、湯村尚史、鳥越裕恵、黒田泰重、小林久芳
  • 学会等名: 第五回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] ZSM-5 ゼオライト内部での銀クラスターの特性に関する理論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・難波朋大・鳥越裕恵・黒田泰重・小林久芳
  • 学会等名: 日本化学会第91 春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学(横浜)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] ZSM-5ゼオライト内部での銀クラスターの特性に関する理論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・難波朋大・鳥越裕恵・黒田泰重・小林久芳
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学(横浜)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Density Functional Theory Calculations of the Cleavage of CC Bonds of Nanotubes by Diketone Formation (2011)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・金光俊幸
  • 学会等名: 第40回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学(名古屋)
  • 年月日: 2011-03-08
• [学会発表] Roles of Conformational Restrictions of Carbene-derivatives in the Interactions with a Carbon Nanotube (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., Kertesz, M.:
  • 学会等名: International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science
  • 発表場所: Makuhari Messe Chiba (Japan)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] Roles of Conformational Restrictions of Carbene-derivatives in the Interactions with a Carbon Nanotube (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., Kertesz, M.
  • 学会等名: International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science (NCSS 2010)
  • 発表場所: Makuhari Messe Chiba (Japan)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] ナノメートルサイズハイドログラフェンのエッジ構造を利用した酸素分子活性化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・小林久芳・山邊時雄
  • 学会等名: 第40回分子科学討論会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪)
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] Density Functional Theory Calculations of Double Addition of KMnO_4 into a Carbon Nanotube (2010)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・金光俊幸
  • 学会等名: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学 (京都).
  • 年月日: 2010-09-05
• [学会発表] Density Functional Theory Calculations of Double Addition of KMnO_4 into a Carbon Nanotube (2010)
  • 著者名/発表者名: 湯村尚史・金光俊幸
  • 学会等名: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2010-09-05
• [学会発表] A DFT Study of Interactions of Organic Molecules with Dicopper Centers in a ZSM-5 Cavity (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Itadani, A.; Kobayashi, H.Kuroda, Y.:
  • 学会等名: 16th International Zeolite Conference (16th IZC).
  • 発表場所: Hilton Sorrento Palace Sorrento (Italy).
  • 年月日: 2010-07-09
• [学会発表] A DFT Study of Interactions of Organic Molecules with Dicopper Centers in a ZSM-5 Cavity (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., et al.
  • 学会等名: 16th International Zeolite Conference (16th IZC)
  • 発表場所: Hilton Sorrento Palace Sorrento (Italy)
  • 年月日: 2010-07-09
• [学会発表] The Use of Nanometer-sized Hydrographene Species for Support Material for Fuel Cell Electrode Catalysts : A Theoretical Proposal (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kimura, K.; Kobayashi, H.;Tanaka, R.; Okumura, N. Yamabe, T.:
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (2010).
  • 発表場所: ICCKyoto Kyoto (Japan).
  • 年月日: 2010-07-05
• [学会発表] The Use of Nanometer-sized Hydrographene Species for Support Material for Fuel Cell Electrode Catalysts : A Theoretical Proposal (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., et al.
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (2010)
  • 発表場所: ICC Kyoto Kyoto (Japan)
  • 年月日: 2010-07-05
• [図書] Modeling of Chemical Reactivity of Carbon Nanotubes: A Review" Practical Aspects of Computational Chemistry II: An Overview of the Last Two Decades and Current Trends (Springer) (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.; Kertesz
  • 出版者: Leszcynski, J. and Shukla, M. K.Trends (Springer)
• [図書] Modeling of Chemical Reactivity of Carbon Nanotubes : A Review (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T., Kertesz, M.
  • 出版者: Practical Aspects of Computational Chemistry II : An Overview of the Last Two Decades and Current Trends (Springer)(印刷中)
• [図書] A Density Functional Theory Study of Chemical Functionalization of Carbon Nanotubes -Toward Site Selective Functionalization (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T
  • 出版者: Marulanda, J. M
• [図書] Carbon Nanotubes/Book 5 (InTech-Open Access Publisher) (2011)
  • 著者名/発表者名: Yumura, T.
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: A Density Functional Theory Study of Chemical Functionalization of Carbon Nanotubes ; Toward Site Selective Functionalization Carbon Nanotube(印刷中)