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金属ナノ粒子は、バルク状金属とは異なる表面特性と単一の原子にはない集団的特性を併せ持つ新しい触媒形態である。これらは一般に、その凝集を抑えるために有機高分子などの保護剤で安定化させ、溶液として利用される。このため、保護剤により表面活性点が被覆されること、分離・回収・再利用などが容易でないことなど、触媒として用いるには不利な点が多い。これらを解決する新形態として、本研究では、配位子のない金属ナノ粒子を多孔性中空炭素粒子に内包させたコア-シェル粒子を提案する。この「かご状炭素カプセル化金属ナノ粒子」は、「裸」の高い反応性を有する金属ナノ粒子コアが、多孔性の炭素シェルに防御され安定であるうえ、分離・回収・再利用が容易な不均一触媒として利用できるため、上述したような既存の金属ナノ粒子触媒での課題を解消できる可能性をもつ独自の新しい触媒形態である。ここでは、白金(Pt)ナノ粒子、およびロジウム(Rh)ナノ粒子をコアとするこのような構造体の精密合成と、ナノ粒子コアと多孔性シェルが協奏的に機能するような触媒系の開発を中心に研究を実施した。構造体合成については、サイズ制御されたPtおよびRhナノ粒子をコアとする構造体を選択的に合成することに成功した。触媒反応では、シェルの疎水性とコアの高い反応性を活かした芳香環の高効率水素化反応や、シェルとコアの触媒能を利用したニトロベンゼンと一級アミン類からのC-N結合形成反応など、あたらしい協奏機能触媒系が実現された。また、同様のコンセプトを酸化チタンナノ粒子と多孔性中空シリカシェルからなる光触媒ナノ粒子-多孔性シェル構造へ展開し、シェルの分子ふるい効果を用いた選択的光触媒機能などを検討している。
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