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2015 年度 実施状況報告書

精密構造化白金サイトを有する固体触媒材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 15K04605
研究機関静岡大学

研究代表者

加藤 知香  静岡大学, 理学部, 准教授 (00360214)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードポリオキソメタレート / 白金 / 光触媒 / 水素発生 / 可視光 / 焼成処理 / 助触媒 / 単結晶X線構造解析
研究実績の概要

白金は,自動車排ガス触媒,光触媒,酸化触媒,燃料電池電極等,幅広い分野で利用されている元素であるが,埋蔵量の減少や価格上昇,合成・反応時の凝集・シンタリングによる機能低下等が問題となっている。それらの解決策として,固体状態でも白金サイトを原子レベルで利用できる技術の開発が重要な鍵となる。これに対し,申請者らは最近,分子性の金属酸化物クラスターであるポリオキソメタレートの骨格構造の一部を位置選択的に欠損させ,その欠損サイトにcis-[Pt(NH3)2]2+種を配位させることで,安定かつ均一な二核白金サイトを有する化合物([(CH3)4N]4[SiW11O39{cis-Pt(NH3)2}2]・13H2O,[(CH3)4N]4[GeW11O39{cis-Pt(NH3)2}2]・11H2O)の合成および構造解析に成功した。また,得られた白金化合物のアルカリ金属塩を250℃で焼成処理すると,ポリオキソアニオン骨格構造を保持した状態でアンモニア分子のみが脱離した水溶性の白金化合物が得られることが分かった。得られた白金化合物を助触媒として用い,エオシンY,ケギン型アルミニウム一置換ポリオキソメタレート,酸化チタンをトリエタノールアミン水溶液に溶解または分散させた系に440 nm以上の可視光を照射すると,反応初期から高効率に水素が発生し,6時間後の白金一原子当たりのターンオーバー数は4886および4849に達した。これは,焼成前のCs3[PW11O39{cis-Pt(NH3)2}2]・8H2Oのターンオーバー数(703)に比べ,著しく高活性であった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題の初年度は,新規に合成・構造解析した二種類の白金種配位ポリオキソメタレートのセシウム塩を250℃で5時間焼成処理することにより,アンモニウム分子が脱離した新たな水溶性の白金化合物が得られることを見出した。また,焼成処理により得られた化合物を助触媒に用い,エオシンY,ケギン型アルミニウム一置換ポリオキソメタレート,酸化チタン共存下で440 nm以上の可視光を照射すると,トリエタノールアミン水溶液から高効率に水素が発生し,白金一原子当たりのターンオーバー数は焼成前のサンプルに比べて7倍程度向上することが分かった。現在は,焼成温度を200~800℃の間で変化させたときに得られる固体の構造と触媒機能について検討中であるが,700~800℃で焼成するときに得られる不溶性の固体が不均一系で高い白金原子効率を示すことが明らかとなりつつあり,白金の原子レベル利用へ向けた技術開発は,概ね順調に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

これまでの研究成果で,白金化合物の光触媒活性に対する焼成処理の効果が予想以上に大きかった事実を踏まえ,来年度以降は,焼成処理により変化した白金化合物の構造決定と,焼成条件が光触媒活性へ及ぼす影響について詳細に検討する予定である。また,水からの水素発生に対する活性評価(特に,助触媒としての利用)に加え,焼成処理により新たに発現した可視光領域の吸収帯を利用した光増感剤としての機能評価や,有機分子の光酸素酸化,有害物質の光酸化分解等に対する触媒活性についても検討する予定である。一方,白金化合物の水素発生モジュールへの応用に向けて,酸化チタンや炭素材料などの固体表面への固定化技術を確立し,リーチング,安定性・耐久性,再利用に関する知見を総括する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hydrogen evolution from water under visible-light irradiation using Keggin-type platinum(II)-coordinated phospho-, silico-, and germanotungstates as co-catalysts2016

    • 著者名/発表者名
      Chika Nozaki Kato, Shunsaku Suzuki, Yuki Ihara, Koki Aono, Rie Yamashita, Keisuke Kikuchi, Tetsuji Okamoto, Hidemitsu Uno
    • 雑誌名

      Modern Research in Catalysis

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A novel photocatalytic system constructed using Eosin Y, titanium dioxide, and Keggin-type platinum(II)- and aluminum(III)-coordinated polyoxotungstates for hydrogen production from water under visible light irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Shota Hattori, Yuki Ihara, Chika Nozaki Kato
    • 雑誌名

      Catalysis Letters

      巻: 145 ページ: 1703-1709

    • DOI

      10.1007/s10562-015-1574-8

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Keggin-Type platinum(II)-coordinated polyoxotungstates: syntheses, molecular structures, and photocatalytic performance for hydrogen evolution from water under visible light irradiation2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ihara, Shota Hattori, Koki Aono, Rie Yamashita, and Chika Nozaki Kato
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      ハワイ(米国)
    • 年月日
      2015-12-18 – 2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] pH Dependence of molecular structures of Dawson-type tri-aluminum-substituted polyoxotungstates2015

    • 著者名/発表者名
      Motoko Aikawa, Toshifumi Kashiwagi, and Chika Nozaki Kato
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      ハワイ(米国)
    • 年月日
      2015-12-18 – 2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] ドーソン型アルミニウム三置換ポリオキソメタレートの分子間水素結合形成過程に対するpHの影響2015

    • 著者名/発表者名
      相川素子・加藤知香
    • 学会等名
      第5回CSJ化学フェスタ2015
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都)
    • 年月日
      2015-10-14 – 2015-10-14
  • [学会発表] ケギン型二核白金(II)種配位ポリオキソメタレートの結晶構造に対する中心元素および対カチオンの影響2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木俊作・伊原悠貴・服部祥太・加藤知香
    • 学会等名
      錯体化学会第65回討論会
    • 発表場所
      奈良女子大学(奈良県)
    • 年月日
      2015-09-21 – 2015-09-21
  • [図書] Advanced Topics in Crystallization2015

    • 著者名/発表者名
      Chika Nozaki Kato, Nami Ukai, Daisuke Miyamae, Shunya Arata, Toshifumi Kashiwagi
    • 総ページ数
      20
    • 出版者
      InTech
  • [備考] Kato Labo

    • URL

      http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~sckatou/index.html

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公開日: 2017-01-06  

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