金属錯体の精密二次元集積による新規触媒機能の創出

• 研究領域: 直截的物質変換をめざした分子活性化法の開発
• 研究課題/領域番号: 25105703
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 原 賢二 北海道大学, 触媒化学研究センター, 准教授 (10333593)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2013年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 触媒 / 金属錯体 / メソポーラス担体 / 細孔 / ルテニウム / アルカン / 酸化 / 選択性 / 単分子層 / 表面 / イソシアニド / ロジウム / ラマン / 水素化

研究実績の概要

従来の触媒化学は、触媒分子を設計・合成して溶液中で用いる均一系の触媒（分子触媒）と金属あるいは金属酸化物表面の特性を利用する不均一系触媒に大きく二分されてそれぞれが発展してきた。高効率・低環境負荷の物質変換プロセスの開発が希求される現在、触媒化学が果たすべき役割は大きい。触媒化学が社会に対して今後も継続的に貢献を行うためには、従来の学問分野の枠組みを超えた新しい触媒設計の概念が必要であろう。そこで本研究では、触媒調製の新しいアプローチとして、金属錯体を規整表面上に精密に集積することによって特異な触媒反応場を構築する手法を開発した。
今年度は、メソポーラス担体の細孔内部に選択的かつ精密に導入した触媒活性中心による特異な触媒機能の創出を目指した。ナノメートルサイズの規則的な細孔構造を有するメソポーラス材料の細孔空間を特殊な反応場ととらえて特異な触媒機能の発現を期待した。検討の結果、ビピリジンを骨格に有する規則性メソポーラス有機シリカの細孔表面上に固定化したルテニウム錯体が、アダマンタンなどのアルカンの3級C-H結合の選択的酸化反応に非常に高い選択性と触媒活性を有することを見出した。また、触媒の繰り返し利用性と安価な酸化剤であるNaClOを利用できる点も本系の特徴である。放射光施設でのXAFS測定により、活性な触媒種の同定を行うとともに、本触媒系を適用可能なアルカン基質の範囲を探索した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] High-Density Monolayers of Metal Complexes: Preparation and Catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Hara, K.; Sawamura, M.; Fukuoka, A.
  • 雑誌名: The Chemical Record 巻: 14 号: 5 ページ: 869-878
  • DOI: 10.1002/tcr.201402031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entropically Favored Adsorption of Cellulosic Molecules onto Carbon Materials through Hydrophobic Functionalities (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Yabushita、Hirokazu Kobayashi、Jun-ya Hasegawa、Kenji Hara、Atsushi Fukuoka
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: Vol. 7 号: 5 ページ: 1443-1450
  • DOI: 10.1002/cssc.201301296
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scalable and template-free production of mesoporous calcium carbonate and its potential to formaldehyde adsorbent (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka, T. Oiso, Y. Kurahashi, H. Abe, K. Hara, T. Fujimoto, Y. Kuga
  • 雑誌名: J. Nanoparticle Res 巻: Vol.16, No.2 号: 2 ページ: 2266-2266
  • DOI: 10.1007/s11051-014-2266-9
  • NAID: 120006345402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative evaluation of ball-milling effect on hydrolysis of cellulose catalysed by activated carbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizuho Yabushita, Hirokazu Kobayashi, Kenji Hara, Atsushi Fukuoka
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 未定 号: 8 ページ: 2312-2317
  • DOI: 10.1039/c4cy00175c
  • NAID: 120005567725
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective hydrodeoxygenation of lignin-related 4-propylphenol into n-propylbenzene in water by Pt-Re/ZrO2 catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Ohta, Bo Feng, Hirokazu Kobayashi, Kenji Hara, Atsushi Fukuoka
  • 雑誌名: Catalysis Today 巻: 印刷中 ページ: 139-144
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2014.01.022
  • NAID: 120005468152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of biomineralization peptide topology on the structure and catalytic activity of Pd nanomaterials (2014)
  • 著者名/発表者名: Janairo J.I., Sakaguhi T., Hara K., Fukuoka A., Sakaguchi K.
  • 雑誌名: Chemical Communication 巻: 50 号: 66 ページ: 9259-9262
  • DOI: 10.1039/c4cc04350b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Preparation of Highly Dispersed Pt Nanoparticles Supported on Zeolite-templated Carbon and Catalytic Application in Hydrogenation Reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Jiang, C.; Hara, K. Namba, K.; Kobayashi, H.; Ittisanronnachai, S.; Nishihara, H.; Kyotani, T.; Fukuoka, A.
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 43 号: 11 ページ: 1794-1796
  • DOI: 10.1246/cl.140699
  • NAID: 130004677610
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thin Film Structures of Metal-Organic Framework [Cu₃(BTC)₂(H₂O)₃]<i>_n</i> on TiO₂(110) (2014)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, M.; Okajima, S.; Kondo, T.; Hara, K.; Chun, W.-J.
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 82 号: 5 ページ: 335-337
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.82.335
  • NAID: 130004562463
  • ISSN: 1344-3542, 2186-2451
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 環状シロキサン加水分解触媒の性能評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉井 泰雄, 菅野 周一, 松原 宏文, 川嵜 透, 原 賢二, 福岡 淳
  • 雑誌名: 化学工学論文集 巻: 40 号: 5 ページ: 420-424
  • DOI: 10.1252/kakoronbunshu.40.420
  • NAID: 130004691067
  • ISSN: 0386-216X, 1349-9203
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Density Monolayer of Diisocyanide on Gold Surface as a Platform of Supported Rh-catalyst for Selective 1,4-Hydrogenation of α,β-Unsaturated Carbonyl Compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Jagtap, S.; Fukuoka, A.; Hara, K.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 号: 39 ページ: 5046-5048
  • DOI: 10.1039/c3cc48181f
  • NAID: 120005425352
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Solid Chelating Ligand: Periodic Mesoporous Organosilica Containing 2,2-Bipyridine within the Pore Walls (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Waki, Y. Maegawa, K. Hara, Y. Goto, S. Shirai, Y. Yamada, N. Mizoshita, T. Tani, W.-J. Chun, S. Muratsugu, M. Tada, A. Fukuoka, and S. Inagaki
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 136 号: 10 ページ: 4003-4011
  • DOI: 10.1021/ja4131609
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing Plasmonic Effects on the Raman Activity of Ag Nanoparticle-Based Nanostructures through Terphenyl Diisocyanide Adsorption (2014)
  • 著者名/発表者名: Baraldi, G.; Lopez-Tobar, E.; Hara, K.; Sanchez-Cortes, S.; Gonzalo, J.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 号: 9 ページ: 4680-4686
  • DOI: 10.1021/jp410628m
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金属酸化物によるデカメチルシクロペンタシロキサンの除去 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅野 周一, 川嵜 透, 松原 宏文, 原 賢二, 福岡 淳
  • 雑誌名: 化学工学論文集 巻: 40 号: 2 ページ: 104-111
  • DOI: 10.1252/kakoronbunshu.40.104
  • NAID: 130003392463
  • ISSN: 0386-216X, 1349-9203
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微量のエチレンを低温で除去する触媒 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原 賢二, 福岡 淳
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 52 号: 4 ページ: 208-209
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.52.208
  • NAID: 130005061437
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
  • 査読あり
• [学会発表] High Density Monolayer of Metal Complex on Structurally-Defined Surface: Preparation and Application in Catalysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Sachin Jagtap, Yoshinori Kaji and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: The seventh biennial Australian Colloid and Interface Symposium (ACIS 2015)
  • 発表場所: ホバート(オーストラリア)
  • 年月日: 2015-02-05
• [学会発表] メソポーラスシリカ担持白金ナノ粒子によるエチレンの低温除去 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原 賢二、江 川霞、横谷 卓郎、福岡 淳
  • 学会等名: 第30 回ゼオライト研究発表会
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2014-11-27
• [学会発表] High Density Monolayer of Metal Complex on Structurally Defined Surface (2014)
  • 著者名/発表者名: Hara, K.
  • 学会等名: Vietnam Malaysia International Chemical Congress (VIMCC)
  • 発表場所: ハノイ(ベトナム)
  • 年月日: 2014-11-08
  • 招待講演
• [学会発表] High-density Monolayer of Metal Complex as a Novel Challenge in Heterogeneous Catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Sachin Jagtap, Yoshinori Kaji and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Organometallics and Catalysis (OM&Cat-2014)
  • 発表場所: 東大寺総合文化センター(奈良市)
  • 年月日: 2014-10-27
• [学会発表] メソポーラスシリカ担持白金ナノ粒子によるエチレンの低温酸化除去 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原 賢二、江 川霞、横谷 卓郎、趙 曼倩、福岡 淳
  • 学会等名: 第114回触媒討論会（依頼講演）
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス（東広島市）
  • 年月日: 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] メソポーラス有機シリカ担持ルテニウム錯体の触媒反応への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石戸 信広、原 賢二、前川 佳史、稲垣 伸二、福岡 淳
  • 学会等名: 第114回触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス（東広島市）
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] 規整表面上での高密度金属錯体固定化による触媒反応場の構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原 賢二
  • 学会等名: 第114回触媒討論会（依頼講演）
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス（東広島市）
  • 年月日: 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] Self-Assembled Monolayer of MetalDiisocyanide Complexes on Gold Surface: Application in Selective Catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Sachin Jagtap, Yoshinori Kaji and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: The 28th Conference of the European Colloid and Interface Society (ECIS 2014)
  • 発表場所: Limassol (キプロス)
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] Self-Assembled Monolayer on Gold Surface for Metal Grafting and Catalytic Application (2014)
  • 著者名/発表者名: Hara, K.
  • 学会等名: IEEE International Nanoelectornics Conference (IEEE INEC 2014)
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28
  • 招待講演
• [学会発表] Densely Packed Monolayer of Metal Complexes on Gold Surface: Application in Selective Catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Sachin Jagtap, Yoshinori Kaji and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: The XXVI International Conference on Organometallic Chemistry (ICOMC 2014)
  • 発表場所: ロイトン札幌 (札幌市)
  • 年月日: 2014-07-17
• [学会発表] High-Density Monolayer of Metal Complex as a Novel Challenge in Heterogeneous Catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Hara, K.
  • 学会等名: The 3rd Frontier Chemistry Center International Symposium
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-06-14
  • 招待講演
• [学会発表] Low Temperature Oxidative Elimination of Ethylene over Pt Nanoparticles Supported on Mesoporous Silica (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Chuanxia Jiang, Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7)
  • 発表場所: 京都テルサ（京都市）
  • 年月日: 2014-06-06
• [学会発表] Immobilization of Cu and Ru complexes to organic ligand in periodic mesoporous organosilicas (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Ishito, Kenji Hara, Wang Jae Chun, Yoshifumi Maegawa, Shinji Inagaki, Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7)
  • 発表場所: 京都テルサ（京都市）
  • 年月日: 2014-06-03
• [学会発表] Densely Packed Monolayer of Metal Complexes on Gold Surface: Application in Selective Catalysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Sachin Jagtap, Yoshinori Kaji and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: TOCAT7 Pre-Symposium in Shiretoko“International Symposium on Catalysis for Renewable Chemicals”
  • 発表場所: 知床グランドホテル北こぶし(北海道斜里町)
  • 年月日: 2014-05-30
• [学会発表] Immobilization of metal complexes on organic ligands in periodic mesoporous organosilicas (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Ishito, Kenji Hara, Wang Jae Chun, Yoshifumi Maegawa, Shinji Inagaki, Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: TOCAT7 Pre-Symposium in Shiretoko“International Symposium on Catalysis for Renewable Chemicals”
  • 発表場所: 知床グランドホテル北こぶし(北海道斜里町)
  • 年月日: 2014-05-30
• [学会発表] Surface Selective Silylation of Mesoporous Siica MCM-41; Precise Characterization and Cu Catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara, Saiko Akahane,Jerzy W. Wiench, Breina R. Burgin, Nobuhiro Ishito, Victor S.-Y. Lin, Marek Pruski and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: 8th International Mesostructured Materials Symposium (IMMS2013)
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路市)
• [学会発表] Densely Packed Monolayer of Rh-Diisocynide on Gold Surface as Platforms for Highly Active and Selective Catalysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Hara, K. Jagtap, S.; Kaji, Y.; Namba, K.; Fukuoka, A.
  • 学会等名: 17th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS17)
  • 発表場所: ﾘﾝｶｰﾝｾﾝﾀｰ （USA）
• [学会発表] ジイソシアニド単 分子層上に固定化したニッケルおよびコバト種を用いた水素化反応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 難波光太郎・原 賢二・福岡淳
  • 学会等名: 第112回触媒討論会
  • 発表場所: 秋田大学（秋田市）
• [学会発表] メソポーラス有機シリカ上への銅およびルテニウム錯体の固定化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石戸信広・原賢二・田旺帝・前川佳史・稲垣伸二・福岡淳
  • 学会等名: 第112回触媒討論会
  • 発表場所: 秋田大学（秋田市）
• [学会発表] Immobilization of Cu complex to organic ligand in Periodic Mesoporous Organosilicas (2013)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Ishito,Kenji Hara, Yoshifumi Maegawa, Shinji Inagaki and Atsushi Fukuoka
  • 学会等名: 8th International Mesostructured Materials Symposium (IMMS2013)
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路市)
• [学会発表] Direct C-H Borylation of Arenes Catalyzed by Iridium Complex Fixed on Bipyridine-bridged Periodic Mesoporous Organosilica (2013)
  • 著者名/発表者名: 前川佳史、後藤康友、原賢二、福岡淳、石戸信広、田旺帝、稲垣伸二
  • 学会等名: 第60回有機金属化学討論会
  • 発表場所: 学習院大学(東京都豊島区)
• [学会発表] メソポーラス有機シリカ上への銅錯体の固定化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石戸信広、原賢二、前川佳史、稲垣伸二、福岡淳
  • 学会等名: 第53回オーロラセミナー
  • 発表場所: ホテル花神楽（東神楽町）
• [学会発表] 規整表面上での金属錯体の高密度固定化による新規触媒の開発
  • 著者名/発表者名: 原 賢二
  • 学会等名: (3) 触媒学会千葉地区講演会「高付加価値生成物合成に向けた新規触媒の開発」
  • 発表場所: 千葉大学（千葉市）
  • 招待講演
• [学会発表] Densely Packed Monolayer of Metal-Diisocyanide on Gold Surface; Preparation and Application in Catalysis
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research 2013
  • 発表場所: Ramada Plaza Jeju Hotel（韓国）
  • 招待講演
• [学会発表] Densely Packed Monolayer of Metal Complex on Gold Surface: Application in Selective Catalysis
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara
  • 学会等名: MANA Seminar
  • 発表場所: 物質・材料機構（つくば市）
  • 招待講演
• [学会発表] High density monolayer of Rh-diisocynide on gold surface as a platform for active and selective hydrogenation catalysis
  • 著者名/発表者名: Hara, K. Jagtap, S.; Kaji, Y.; Fukuoka, A.
  • 学会等名: The Sixteenth International Symposium on Relations between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis (ISHHC-16)
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
• [学会発表] 規整表面上での金属錯体の精密集積による新規触媒反応場の構築
  • 著者名/発表者名: 原賢二
  • 学会等名: 「分子活性化」第５回公開シンポジウム
  • 発表場所: イーグレ姫路あいめっせホール（姫路市）
• [学会発表] High-Density Monolayer of Metal Diisocyanide on Au Surface as a Promising Platform for Novel Catalysts
  • 著者名/発表者名: Kenji Hara
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Molecular Activation
  • 発表場所: Sheraton Steamboat Resort （USA）
• [図書] 触媒の設計・反応制御 事例集 (2013)
  • 著者名/発表者名: 原 賢二
  • 出版者: 技術情報協会