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2019 年度 実績報告書

遷移金属クラスターによる二酸化炭素の活性化を用いた触媒反応

研究課題

研究課題/領域番号 17K05743
研究機関東京大学

研究代表者

小安 喜一郎  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20508593)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード貴金属 / イリジウム / イオン移動度分析法 / 磁気ボトル型光電子分光法 / 質量分析法 / レーザー蒸発法
研究実績の概要

本研究では,CoクラスターがCO2を解離吸着して活性化するという真空実験で得られた結果と,この結果に基づいて行った液相実験から得られた,CO2との反応によってCOが遊離するという,理想系と実在系の両面から得られた,金属クラスターによる分子の活性化の可能性を触媒反応へと展開することを目的とした。
令和元年度は,コバルトと同族であるイリジウムクラスターにイオン移動度質量分析法と光電子分光法を適用し,理論計算の結果と合わせて5量体から15量体までは立方体に基づいた構造をとることを明らかにした。このような構造は,バルクのイリジウム金属が最密充填構造の六方最密型を取ることと対照的であり,気相イリジウムクラスターには,バルクよりも隣接原子数(配位数)が少ない原子が含まれる可能性が示された。
また実験で見いだされた,クラスター中の低配位数原子は高い反応活性を示す可能性がある。そこで,同様に立方体構造を取り得るルテニウムのクラスターを対象として,これをレーザー蒸発法によって溶液中に取り出すため,保護剤としてアミンを溶解したエチレングリコールをフラスコ内のルテニウム試料下部に導入し,低圧雰囲気下でレーザー蒸発法を適用して,生成したクラスターを直接溶液中に取り込むための方法の開発を進めた。得られたサンプルを透過型電子顕微鏡で観察し,粒径が1.5 nm程度のナノクラスターが得られることがわかった。
一方,負イオンによるCO2活性化について調べるため,Au原子負イオンとの反応を調べた。CO2はAu(CO2)錯体中で,光電子スペクトルを測定して共存する物理吸着と化学吸着の比率の温度依存性を調べた。温度低下によって物理吸着体に対する化学吸着体の比率が増加すること,化学吸着体が0.08 eV安定であることを明らかにした。この結果は,温度変化によってCO2の吸着状態を制御できる可能性を示している。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Structural Evolution of Iridium Oxide Cluster Anions IrnOm- (n = 5-8) with Sequential Oxidation: Binding Mode of O Atoms and Ir Framework2019

    • 著者名/発表者名
      R. Tomihara, K. Koyasu, T. Nagata, J. W. J. Wu, M. Kakano, K. Ohshimo, F. Misaizu, and T. Tsukuda
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 123 ページ: 15301-15306

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b02935

    • 査読あり
  • [学会発表] Activation of small molecules utilizing size specific electronic and geometric structures of clusters in the gas phase2020

    • 著者名/発表者名
      小安 喜一郎
    • 学会等名
      ナノ構造・物性-ナノ機能・応用部会合同シンポジウムプログラム
    • 招待講演
  • [学会発表] Size evolutions of specific structures of metal clusters generated in the gas phase2020

    • 著者名/発表者名
      小安 喜一郎,美齊津 文典,佃 達哉
    • 学会等名
      Symposium on Size Selected Clusters 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] イリジウムクラスターの立方体モチーフに基づいた構造と酸化による構造変化2019

    • 著者名/発表者名
      小安 喜一郎,冨原 良平,永田 利明,Wu Jenna W. J.,中野 元善,大下 慶次郎,美齊津 文典,佃 達哉
    • 学会等名
      第13回分子科学討論会2019
  • [学会発表] 金属クラスターの化学反応性を用いた分子の活性化2019

    • 著者名/発表者名
      小安 喜一郎
    • 学会等名
      触媒材料の金属学研究会 第4回 ミニシンポジウム
    • 招待講演
  • [備考] 東京大学佃研究室・メンバーページ

    • URL

      http://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/chemreact/member/member_Koyasu.html

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公開日: 2021-01-27  

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