金属ナノ細線のメソ細孔内鋳型合成と触媒作用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650803
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福岡 淳 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教授 (80189927)
• キーワード: ナノ細線 / ナノ粒子 / 鋳型合成 / メソ細孔 / 合金 / 触媒 / ナノテクノロジー

研究概要

平成12年度は、メソ細孔シリカFSM-16(細孔径2.7nm)と有機-無機ハイブリッドメソ細孔シリカHMM-1(細孔径3.1nm)を鋳型として、遷移金属ナノ細線を合成し、構造解析、物性と触媒作用を検討した。その結果、以下の知見を新たに得た。
1. FSM-16にPt塩を含浸させ乾燥を十分に行うこと、及び光還元時に共存させるアルコールを2-プロパノールからメタノールに替えることで、より長いPtナノ細線を細孔内に合成できるようになった。
2. HMM-1を担体としてPtおよびRhナノ細線を細孔内に合成することができた。Rhナノ細線としては初めての例である。
3. HMM-1細孔内で、Pt-Rh、Pt-Pdナノ細線に合成することに成功し、これらは結晶性の高い合金ナノ細線であることを示した。合金ナノ細線としては初めての例である。また、HMM-1細孔内のナノ細線は特徴的なナノネックレス構造をもつことを明らかにした。
4. Ptナノ細線/FSM-16でブタン水素化分解反応を行うと、ナノ粒子よりも36倍高い水素化分解活性(TOF)を示した。ナノ細線という「形」が水素化分解「機能」を著しく向上させるという興味深い結果を得た。一方、Pt-Rhナノ細線/FSM-16ではイソブタンへの異性化活性が出現した。Pt-Pdナノ細線/HMM-1の低温での磁化率は、Ptナノ細線/HMM-1よりも著しく向上した。これは合金かつナノ細線構造という複合効果によるものである。
5. ベンゼン/エタノール混合溶媒中で四級アンモニウム塩を共存させてPtナノ細線/FSM-16を処理すると、一部のPtナノ細線を抽出できることが分かった。これまで、鋳型としてのメソ細孔物質をフッ酸で溶解(破壊)してナノ細線を回収することは行われていたが、非破壊的な回収法である化学的抽出法が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] A.Fukuoka: "Templating Fabrication and Catalysis of Platinum Nanowires in Mesoporous Channels of FSM-16"Studies in Surface Science and Catalysis. 130. 3041-3046 (2000)
• [文献書誌] A.Fukuoka: "Ship-in-bottle synthesis and catalytic performances of platinum carbonyl clusters, nanowires, and nanoparticles in micro-and mesoporous materials"Catalysis Today. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] A.Fukuoka: "Preparation and catalysis of mono- and bimetallic nanowire and -particle in FSM-16"Microporous and Mesoporous Materials. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] A.Fukuoka: "Preparation, XAFS Characterization, and Catalysis of Platinum Nanowires and Nanoparticles in Mesoporous Silica FSM-16"Topics in Catalysis. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] A.Fukuoka: "Novel Templating Synthesis of Necklace-shaped Mono- and Bimetallic Nanowires in Hybrid Organic-Inorganic Mesoporous Material"Journal of the American Chemical Society. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] A.Fukuoka: "Template synthesis and catalysis of bimetallic platinum-rhodium and -palladium nanowires in mesoporous materials"Studies in Surface Science and Catalysis. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] T.Kunitake: "Precision Polymers and Nano-Organized Systems"Kodansha. 350 (2000)