鋳型合成による金属ナノクラスターの触媒機能

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18065001
• 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: 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, 教授 (80189927)
• 連携研究者: 原 賢二 北海道大学, 触媒化学研究センター, 准教授 (10333593) ; 小林 広和 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教 (30545968)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 環境技術 / 触媒・化学プロセス / ナノ材料 / 燃料電池 / メゾスコピック系

研究概要

本研究では、ゼオライトやメソポーラスシリカなどのミクロ・メソポーラス物質の規則性ナノ空間内で新規金属ナノクラスターを鋳型合成し、金属クラスターとポーラス物質の協奏機能により新しい分子変換機能を創出することを目的とした。白金ナノ粒子担持触媒を用いた水素中微量一酸化炭素選択酸化(PROX)反応では、細孔径4.0ナノメートルのFSM-22が細孔活性を示すという触媒活性の細孔径依存性についての知見を得た。その他にも、メソポーラスシリカが単なるメソ空間としてではなく、金属種との協奏的な触媒機能を発現する構造体であることを示す結果を得た。また、表面シラノール基を選択的に有機修飾するためにメソポーラスシリカの外表面上のシラノールをシリル化剤で修飾し、詳細な構造解析を行った。さらに、内表面に銅錯体を導入してフェノール誘導体の酸化的重合反応に適用した。

研究成果

• [雑誌論文] Directed Ortho Borylation of Functionalized Arenes Catalyzed by a Silica-Supported Compact Phosphine-Iridium System (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kawamorita, H. Ohmiya, K. Hara, A. Fukuoka, M. Sawamura
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society Vol.131 ページ: 5058-5059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of metal species in square-shape mesopores of KSW-2-based silica (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, S. Huang, A. Fukuoka, K. Kuroda
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry Vol.9 ページ: 3859-3866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sustainable Green Catalysis by Supported Metal Nanoparticles (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka, P.L. Dhepe
  • 雑誌名: The Chemical Record Vol.9 ページ: 224-235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green catalysis for selective CO oxidation in hydrogen for fuel cell (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Huang, K. Hara, A. Fukuoka
  • 雑誌名: Energy & Environmental Science Vol.2 ページ: 1060-1068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preferential oxidation of carbon monoxide in excess hydrogen over platinum catalysts supported on different pore size mesoporous silica (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Huang, K. Hara, Y. Okubo, M. Yanagi, H. Nanbu, A. Fukuoka
  • 雑誌名: Applied Catalysis A: General Vol.365 ページ: 268-273
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Silica-Supported Compact Phosphines and Their Application to Rhodium-Catalyzed Hydrosilylation of Hindered Ketones with Triorganosilanes (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Hamasaka, S., Kawamorita, A. Ochida, R. Akiyama, K. Hara, A. Fukuoka, K. Asakura, W.J. Chun, H. Ohmiya, M. Sawamura
  • 雑誌名: Organometallics Vol.27 ページ: 6495-6506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogenation of Hindered Ketones Catalyzed by a Silica-Supported Compact Phosphine System (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kawamorita, G. Hamasaka, H. Ohmiya, K. Hara, A. Fukuoka, M. Sawamura
  • 雑誌名: Organic Letters Vol.10 ページ: 4697-4700
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金属ナノ粒子とメソ多孔体の触媒協奏機能 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 雑誌名: 学術月報 Vol.61 ページ: 34-38
• [雑誌論文] Preferential Oxidation of Carbon Monoxide by Platinum Nanoparticles in Mesoporous Silica (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka, J. Kimura, T. Oshio, Y. Sakamoto, M. Ichikawa
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society Vol.129 ページ: 10120-10125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Au Nanoparticles in the Interlayer Space of a Layered Alkali Silicate Modified with Alkylthiol Groups (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Ide, A. Fukuoka, M. Ogawa
  • 雑誌名: Chemistry of Materials Vol.19 ページ: 964-966
  • 査読あり
• [雑誌論文] メソポーラスシリカ担持白金触媒によるPROX反応 (2006)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 雑誌名: ペトロテック Vol.29 ページ: 667-671
• [雑誌論文] Nanoscale fabrication of metal particles and wires using mesoporous materials: Electronic properties and catalytic performances in PROX reaction (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka, M. Ichikawa
  • 雑誌名: Topics in Catalysis Vol.40 ページ: 103-109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct PEM fuel cell using "organic chemical hydrides" with zero-emission and low-crossover (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Kariya, A. Fukuoka, M. Ichikawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics Vol.8 ページ: 1724-1730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanonecklaces of Platinum and Gold with High Aspect Ratios synthesized in Mesoporous Organosilica Templates by Wet Hydrogen Reduction (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka, T. Higuchi, T. Ohtake, T. Oshio, J. Kimura, Y. Sakamoto, N. Shimomura, S. Inagaki, M. Ichikawa
  • 雑誌名: Chemistry of Materials Vol.18 ページ: 337-343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Electronic Property of Platinum Nanowire and Nanoparticle in Mesoporous Silica Template (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka, Y. Sakamoto, T. Higuchi, N. Shimomura, M. Ichikawa
  • 雑誌名: Journal of Porous Materials Vol.13 ページ: 231-235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Ordered Platinum Nanodots Arrays with Cubic Symmetry in Mesoporous Thin Film (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kumai, H. Tsukada, Y. Akimoto, N. Sugimoto, Y. Seno, A. Fukuoka, M. Ichikawa, S, Inagaki
  • 雑誌名: Advanced Materials Vol.16 ページ: 760-762
  • 査読あり
• [学会発表] メソポーラスシリカの触媒応用:超高活性PROX触媒の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 学会等名: ケイ素酸素系化合物を用いた無機材料化学-元素戦略の展開-
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-11
• [学会発表] メソポーラスシリカへの金ナノクラスター担持におけるメソ細孔径依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山本将也, 原賢二, 福岡淳
  • 学会等名: 化学系学協会北海道支部2010年冬季研究発表会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-02-26
• [学会発表] メソポーラスシリカの精密有機修飾と構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 赤羽紗以子, 原賢二, J.W. Wiench, M. Pruski, V.S. -Y. Lin, 福岡淳
  • 学会等名: 第104回触媒討論会
  • 発表場所: 宮崎
  • 年月日: 2009-09-29
• [学会発表] Precise Silylation of Mesoporous Silica with Silyltriflate (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Akahane, K. Hara, J.W. Wiench, M. Pruski, V.S. -Y. Lin, A. Fukuoka
  • 学会等名: International Symposium on Zeolites and Microporous Crystals (ZMPC2009)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-08-06
• [学会発表] メソポーラスシリカ表面の精密有機修飾 (2009)
  • 著者名/発表者名: 赤羽紗以子, 原賢二, 福岡淳
  • 学会等名: 日本化学会第89春季年会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] メソポーラスシリカ表面の精密有機修飾 (2009)
  • 著者名/発表者名: 赤羽紗以子, 原賢二, 福岡淳
  • 学会等名: 日本化学会北海道支部2009年冬季研究発表会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2009-02-03
• [学会発表] メソポーラス物質による触媒協奏機能 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 学会等名: 第3回ナノ空間触媒フォーラム
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2008-10-10
• [学会発表] メソポーラスシリカ担持白金ナノ粒子触媒によるPROX反応 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黄声駿, 原賢二, 大久保泰宏, 柳正明, 南部宏暢, 福岡淳
  • 学会等名: 第102回触媒討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-09-25
• [学会発表] Sustainable green catalysis by supported metal nanoparticles (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka
  • 学会等名: International Symposium on Relations between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis XIII
  • 発表場所: 英国
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Preferential oxidation of carbon monoxide catalyzed by Pt nanoparticles in mesoporous silica (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka
  • 学会等名: 3rd China-Japan Workshop on Environmental Catalysis and Eco-Materials
  • 発表場所: 中国
  • 年月日: 2007-10-12
• [学会発表] Template synthesis and catalysis of metal nanoclusters in mesoporous silica (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka
  • 学会等名: 20th CRC International Symposium on In-situ Characterization of Catalyst -Presence and Future Aspects
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2007-09-21
• [学会発表] メソポーラスシリカのPROX反応における促進効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳, 置塩直史, 黄声駿
  • 学会等名: 第100回触媒討論会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2007-09-20
• [学会発表] メソポーラスシリカ内金属ナノクラスターの鋳型合成と触媒機能 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳, 置塩直史, 黄声駿
  • 学会等名: 第100回触媒討論会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2007-09-20
• [学会発表] Preferential Oxidation of CO catalyzed by Pt Nanoparticles in Mesoporous Silica (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka
  • 学会等名: International Symposium on Relations between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis XIII
  • 発表場所: 米国
  • 年月日: 2007-07-19
• [学会発表] 鋳型合成した金属ナノクラスターによる水素製造精製技術の開発 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 学会等名: ノーステック北海道産学官共同研究成果事例発表会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2007-01-26
• [学会発表] Promoter Effect of Mesoporous Silica in Pt-catalyzed PROX of CO (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka
  • 学会等名: JSPS A3 Foresight Program Seminar on Synthesis and Structure of Mesoporous Materials
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2007-01-17
• [学会発表] Selective Oxidation of Carbon Monoxide in Excess Hydrogen by Platinum Over Mesoporous Silica (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Oshio, A. Fukuoka
  • 学会等名: 4th Asia Pacific Congress on Catalysis
  • 発表場所: シンガポール
  • 年月日: 2006-12-06
• [学会発表] Platinum-catalyzed Selective Oxidation of CO Promoted by Mesoporous Silica (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka
  • 学会等名: Indo-Japan Workshop on Principle and Catalysis Application of Nanomaterials Decorated Surfaces
  • 発表場所: インド
  • 年月日: 2006-12-04
• [学会発表] メソポーラスシリカ担持金属触媒の機能制御 (2006)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 学会等名: 第42回触媒フォーラム
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2006-10-24
• [学会発表] メソポーラスシリカ担持白金によるPROX反応の機構研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 置塩直史, 木村潤一, 市川勝, 福岡淳
  • 学会等名: 第98回触媒討論会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2006-09-28
• [学会発表] 担持白金上でのPROX反応におけるメソポーラスシリカの促進効果 (2006)
  • 著者名/発表者名: 置塩直史, 木村潤一, 坂本謙, 市川勝, 福岡淳
  • 学会等名: 第98回触媒討論会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2006-09-27
• [学会発表] メソポーラスシリカ担持白金触媒によるPROX反応の機構研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 置塩直史, 木村潤一, 市川勝, 福岡淳
  • 学会等名: 触媒学会第46回オーロラセミナー
  • 発表場所: 青森
  • 年月日: 2006-08-08
• [学会発表] Unique Promotion Effect of Mesoporous Silica as a Support in Pt-Catalyzed Preferential Oxidation of CO (2006)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuoka, J. Kimura, T. Oshio, Y. Sakamoto, M. Ichikawa
  • 学会等名: 5th International Mesostructured Materials Symposium
  • 発表場所: 中国
  • 年月日: 2006-08-07
• [図書] 触媒便覧 (2008)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 総ページ数: 283-287
  • 出版者: 講談社サイエンティフィク
• [図書] 環境調和型新材料シリーズ触媒材料 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福岡淳
  • 総ページ数: 194-200
  • 出版者: 日刊工業新聞社
• [図書] Metal nanoclusters in catalysis and materials science: the issue of size-control (2007)
  • 著者名/発表者名: P.L. Dhepe, A. Fukuoka
  • 総ページ数: 395-402
  • 出版者: Elsevier
• [備考]
  • URL: http://www.cat.hokudai.ac.jp/fukuoka/index.html
• [産業財産権] 一酸化炭素選択酸化触媒、及び該触媒を用いた水素中の一酸化炭素の除去方法 (2007)
  • 発明者名: 福岡淳、大久保泰宏、柳正明、南部宏暢、山崎義樹
  • 権利者名: 太陽化学
  • 産業財産権番号: 特許・特願2007-229685
  • 出願年月日: 2007-09-05