異種金属間相乗効果を機軸とする多孔質系機能触媒の開発

• 研究領域: 機能元素のナノ材料科学
• 研究課題/領域番号: 22015003
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 浅尾 直樹 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (60241519)
• 研究分担者: 山本 嘉則 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (60029519)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 2011年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2010年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: ナノ多孔質金 / ナノ多孔質パラジウム / 不均一系触媒 / 鈴木カップリング / Heck反応 / 金属ガラス / ナノポーラスパラジウム / 触媒反応

研究概要

報告者は、前年度にナノ多孔質金やナノ多孔質パラジウムの作成法を検討し、それら金属材料が様々な分子変換反応において、優れた触媒として機能することを明らかにした。そこで今年度は、本特定領域研究の計測班との連携研究により、ナノポーラス金における触媒機能の発現メカニズムの解明を目的として、透過電子顕微鏡(TEM-EDS)を用いて触媒活性なナノ多孔質金の微細組織及び表面原子構造解析と元素分析を行った。さらには走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いて原子構造計測(HAADF観察)を行った。EDS測定から微量の銀が含まれることを明らかにした。また、HAADF-STEMからナノ多孔質化による多数のステップ構造が存在することが観察された。本金属材料の多孔質化(スポンジ構造)は、金銀合金薄板を酸性条件下で処理して銀を選択的に溶出させることにより構築される。この脱合金化条件を調節するとスポンジ構造のリガメントやポアのサイズを制御することができ、それに伴い触媒活性が変化するが、本研究によりこの触媒活性の変化は、原子ステップ構造の変化による配位不飽和状態の金原子の増減に大きく起因することが明らかになった。また、残留する極微量の銀が触媒活性化に対して機能元素として働く可能性を示唆する結果も得られた。一方、ナノ多孔質パラジウムの触媒活性について検討を行い、この金属材料がHeck反応の優れた触媒として機能することを見出した。一般的な固体パラジウム触媒とその表面積あたりのリーチング量を調べたところ、ナノ多孔質パラジウムからの溶出が最も少ないことを明らかにした。この結果は、本触媒がリーチングの少ない耐久性の高い触媒であることを示している。

研究成果

• [雑誌論文] Aerobic oxidation of alcohols in the liquid phase with nanoporous gold catalysts (2012)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Hatakeyama, N.; Menggenbateer, Minato, T.; Ito, E.; Hara, M.; Kim, Y.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 48 号: 38 ページ: 4540-4542
  • DOI: 10.1039/c2cc17245c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Donor-acceptor Dyes Incorporating Stable Dibenzosilole π-Conjugated Spacer for Dye-sensitized Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Akhtaruzzaman, Md.; Seya, Y.; Asao, N.; Islam, A.; Kwon, E.; El-Shafei, A.; Han, L.; Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 巻: (印刷中) 号: 21 ページ: 10771-10778
  • DOI: 10.1039/c2jm30978e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoporous Gold-Catalyzed [4+2] Benzannulation between ortho-Alkynylbenzaldehydes and Alkynes (2012)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Menggenbateer, Seya, Y.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Synlett 巻: 23 号: 01 ページ: 66-69
  • DOI: 10.1055/s-0031-1289527
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel metal-free panchromatic TiO_2 sensitizer based on a phenylenevinylene-conjugated unit and an indoline derivative for highly efficient dye-sensitized solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Akhtaruzzaman, Md.; Islam, A.; Yang, F.; Asao, N.; Kwon, E.; Singh, S.P.; Han, L.; Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 47 号: 45 ページ: 12400-12402
  • DOI: 10.1039/c1cc15580f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reusable and Sustainable Nanostructured Skeleton Catalyst : Heck Reaction with Nanoporous Metallic Pd (PdNPore) as a Support, Stabilizer and Ligand Free Catalyst (2011)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, T.; Tanaka, S.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Adv.Synth.Catal. 巻: 353 ページ: 2927-2932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and properties of Au-based nanograined metallic glasses (2011)
  • 著者名/発表者名: Chen, N.; Frank, R.; Asao, N.; Louzguine-Luzgin, D.V.; Sharma, P.; Wang, J.Q.; Xie, G.Q.; Ishikawa, Y.; Hatakeyama, N.; Lin, Y.C.; Esashi, M.; Yamamoto, Y.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Acta Mater. 巻: 59 号: 16 ページ: 6433-6440
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2011.07.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gold-catalyzed alkylation of silyl enol ethers with ortho-alkynylbenzoic acid esters (2011)
  • 著者名/発表者名: Aikawa, H.; Kaneko, T.; Asao, N.; Yamamoto, Y.
  • 雑誌名: Beilstein J.Org.Chem. 巻: 7 ページ: 648-652
  • DOI: 10.3762/bjoc.7.76
  • 査読あり
• [雑誌論文] A nanostructured skeleton catalyst : Suzuki-coupling with a reusable and sustainable nanoporous metallic glass Pd-catalyst (2011)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S.; Kaneko, T.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 巻: 47 号: 21 ページ: 5985-5987
  • DOI: 10.1039/c1cc10710k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stat3 as a Therapeutic Target for the Treatment of Psoriasis : A Clinical Feasibility Study with STA-21, a Stat3 Inhibitor (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, K.; Takaishi, M.; Nakajima, K.; Ikeda, M.; Kanda, T.; Tarutani, M.; Iiyama, T.; Asao, N.; Di Giovanni, J.: Sano, S.
  • 雑誌名: J.Invest.Dermatology 巻: 131 ページ: 108-117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanostructured Materials as Catalysts : Nanoporous-Gold-Catalyzed Oxidation of Organosilanes with Water (2010)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Ishikawa, Y.; Hatakeyama, N.; Menggenbateer, Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int.Ed. 巻: 49 ページ: 10093-1009
  • 査読あり
• [学会発表] Nanoporous materials as skeleton catalysts for molecular transformations (2012)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: UCSB ICMR/CNSI and Tohoku University Joint Workshop
  • 発表場所: Santa Barbara, USA(招待講演)
• [学会発表] Mechanism of organic chemical reactions on nano-porous gold (2012)
  • 著者名/発表者名: Minato, T.; Ito, E.; Ishikawa, Y.; Hatakeyama, N.; Hara, M.; Kim, Y.; Asao, N.; Yamamoto, Y.
  • 学会等名: Towards Reality in Nanoscale Materials V
  • 発表場所: Levi, Finland
• [学会発表] ナノポーラスPdを触媒とするHeck反応の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金子哲朗・浅尾直樹・山本嘉則・陳明偉・張偉・井上明久
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] ナノポーラス金触媒を用いたアルコールの酸素酸化反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 畠山直也・孟根巴特尓・浅尾直樹・山本嘉則・陳明偉・張偉・井上明久
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] ナノポーラスPdを触媒とする鈴木カップリング反応の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中信也・浅尾直樹・山本嘉則・陳明偉・張偉・井上明久
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] ナノポーラス金触媒を用いた有機シラン化合物の酸化反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石川敬章・畠山直也・孟根巴特尓・浅尾直樹・山本嘉則・陳明偉・張偉・井上明久
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 二酸化チタンの表面欠陥の原子レベルでの物性解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 湊丈俊・Pang Chi Lun・梶田晴司・浅尾直樹・山本嘉則・中山隆・川合真紀・金有洙
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学(新潟県)
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Nanoporous Metallic Materials as Effective Green Catalysts for Molecular Transformations (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: The 2011 WPI-AIMR Annual Workshop
  • 発表場所: 仙台国際センター(宮城県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-02-22
• [学会発表] Aerobic Oxidation of Alcohols Catalyzed by Nanoporous Gold (2011)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama, N.; Menggenbateer; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Nanoporous gold as a catalyst for the oxidation of organosilanes (2011)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, Y.; Hatakeyama, N.; Menggenbateer; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Nanostructured Skeleton Catalyst : Suzuki-coupling and Heck Reaction with Nanoporous Pd-catalyst as a Non-supported Catalyst (2011)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, S.; Kaneko, T.; Asao, N.: Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Nanoporous Gold Catalyzed Benzannulation Reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Menggenbateer; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 学会等名: 16th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16)
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Nanoporous Metallic Materials as Effective Green Catalysts for Molecular Transformations (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: 14th Asian Chemical Congress 2011 (14 ACC)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand(招待講演)
• [学会発表] Integrated Aerobic Oxidation of Alcohols Catalyzed by Nanoporous Gold (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Hatakeyama, N.; Yamamoto, Y.
  • 学会等名: The Seventh International Symposium on Integrated Synthesis (ISIS-7)
  • 発表場所: Kobe, Japan
• [学会発表] Nanoporous Metals as Effective Catalysts for Molecular Transformations (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: Tateshina Conference on Organic Chemistry 2011
  • 発表場所: Tateshina, Japan
• [学会発表] Molecular transformation with nanoporous materials skeleton catalysts (2011)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.
  • 学会等名: Frontier Materials and Processes (Frontier 2011)
  • 発表場所: Sendai, Japan(招待講演)
• [学会発表] Atomic defect control on titanium dioxide surface by scanning tunneling microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Minato, T.; Pang, C.-L.; Kajita, S.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Nakayama, T.; Kawai, M.; Kim, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Gold-catalyzed functionalization of silyl enol ethers (2010)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, T.; Aikawa, H.; Asao, N.
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-18
• [学会発表] Oxidation of alcohols with molecular oxygen catalyzed by reusable nanoporous gold (2010)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.; Ishikawa, Y.; Hatakeyama, N.; Menggenbateer, Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-18
• [学会発表] Gold-catalyzed dehydration of alcohols (2010)
  • 著者名/発表者名: Seya, Y.; Umetsu, K.; Asao, N.
  • 学会等名: The 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2010)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] Individual Hydrogen Desorption from Titanium Dioxide Surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Minato, T.; Pang, C.-L.; Asao, N.; Yamamoto, Y.; Kawai, M.; Kim, Y.
  • 学会等名: Asian Conference on Nanoscience & Nanotechnology (AsiaNANO 2010)
  • 発表場所: 日本科学未来館(東京都)
  • 年月日: 2010-11-02
• [学会発表] Gold-catalyzed dehydration of alcohols (2010)
  • 著者名/発表者名: Seya, Y.; Umetsu, K.; Asao, N.
  • 学会等名: 24th International Conference on Organometallic Chemistry (ICOMC 2010)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2010-07-19
• [学会発表] Nanoporous Gold as an Effective Heterogeneous Catalyst for Molecular Transformations (2010)
  • 著者名/発表者名: Asao, N.: Ishikawa, Y; Hatakeyama, N.; Menggenbateer, Yamamoto, Y.; Chen, M.; Zhang, W.; Inoue, A.
  • 学会等名: WCU/AMS (POSTECH)-WPI/AIMR (TOHOKU Univ) Joint Workshop
  • 発表場所: Pohang, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2010-06-18