ヒドリドシリカモノリス担体中での金属・合金ナノ粒子のその場作製と触媒反応への応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26288106
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中西 和樹 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00188989)
• 研究分担者: 嶋田 豊司 奈良工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20303802) ; 金森 主祥 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60452265) ; 亀井 稔之 奈良工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70534452)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: ヒドリドシリカ / 階層的多孔構造 / 還元反応 / ナノ粒子 / 触媒 / 粒径分布 / 流通反応

研究実績の概要

トリアルコキシシランを前駆体とする相分離を伴うゾル－ゲル反応により、液体の流通が可能なマクロ孔と高比表面積を与えるメソ孔を併せもつ、階層的多孔構造ヒドリドシリカモノリスを作製し、その表面に銀、金、パラジウム、白金、ロジウムなどの貴金属ナノ粒子を還元担持して触媒機能を評価した。また、メソポーラスシリカやマクロ孔を制御したモノリス状シリカに、ポリメチルヒドロシロキサン(PMHS)をホウ素系触媒による脱水素反応によって担持し、残留したヒドロシリル基と貴金属イオンの反応によるナノ粒子の合成も行った。
また、モノヒドロシランに代えて、末端にアミノ基を有するジヒドロシランを用い、メソポーラスシリカ(SBA-15)表面の修飾担持を行ったところ、ケイ素原子上に存在する２個のヒドリド基のうちの１個のみが表面シラノール基との脱水素化反応に寄与し、１個は未反応のまま保持された。この残存ヒドリド基を用いて、超微粒金属ナノパーティクル(NPs)が生成することが分かった。このとき担持に用いた3-アミノプロピルメチルシランの末端アミノ基と、ケイ素原子上に生成した銀ドープパラジウムナノ粒子の共同触媒効果により、ギ酸の脱水素化反応を高効率で達成した。さらにPMHSをホウ素触媒によって担持させ、同上の還元反応によりPdナノ粒子モノリスシリカカラムを調製し、３－ヘキシン－１－オールの立体選択的水素添加還元反応を行ったところ、80%の転換率、80％の立体選択性でシス－ヘキセン－１－オールを得た。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Rutgers University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Rutgers University
• [国際共同研究] University of Montpellier 2(France)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Montpellier 2
• [雑誌論文] Grafted polymethylhydrosiloxane on hierarchically porous silica monoliths: A new path to monolith supported palladium nanoparticles for continuous flow catalysis applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Carl-Hugo PELISSON, Takahiro NAKANISHI, Yang ZHU, Kei MORISATO, Toshiyuki KAMEI, Ayaka MAENO, Hironori KAJI, Shunki MUROYAMA, Masamoto TAFU, Kazuyoshi KANAMORI, Toyoshi SHIMADA, Kazuki NAKANISHI
  • 雑誌名: ACS Applied Materials and Interfaces 巻: 9 ページ: 406-412
  • DOI: 10.1021/acsami.6b12653
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Amine/hydrido bifunctional nanoporous silica with small metal nanoparticles made onsite: Efficient dehydrogenation catalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Takahiro NAKANISHI, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI*, Shun ICHII, Kohji IWAIDA, Yu MASUI, Toshiyuki KAMEI, Toyoshi SHIMADA*, Akihito KUMAMOTO, Yumi H. IKUHARA, Mina JEON, George HASEGAWA, Masamoto TAFU, Chang W. YOON, Tewodros ASEFA
  • 雑誌名: ACS Applied Materials and Interfaces 巻: 9 ページ: 36-41
  • DOI: 10.1021/acsami.6b12972
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Monolithic acidic catalysts for the dehydration of xylose into furfural (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Nicolas BRUN, Carl-Hugo PELISSON, Nirmalya MOITRA, François FAJULA, Vasile HULEA, Anne GALARNEAU, Kazuyuki TAKEDA, Kazuki NAKANISHI
  • 雑誌名: Catalysis Communications 巻: 87 ページ: 112-115
  • DOI: 10.1016/j.catcom.2016.09.014
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metal zirconium phosphate macroporous monoliths: Versatile synthesis, thermal expansion and mechanical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Nirmalya MOITRA, Kohei KADONO, Shugo OHI, Norimasa SHIMOBAYASHI, Kazuki NAKANISHI
  • 雑誌名: Microporous and Mesoporous Materials 巻: 255 ページ: 122-127
  • DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.12.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hierarchically porous titanium phosphate monoliths and its crystallization behavior in ethylene glycol (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Koji YONEDA, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuyuki TAKEDA, Tsutomu KIYOMURA, Hiroki KURATA, Kazuki NAKANISHI
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 40 ページ: 4153-4159
  • DOI: 10.1039/C5NJ02820E
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Preparation of hierarchically porous vanadium phosphate monolith (2016)
  • 著者名/発表者名: Ayumu TANAKA*, Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: 6th International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation of macroporous manganese oxide monolith from manganese salt via epoxide-mediated sol-gel route (2016)
  • 著者名/発表者名: Keisuke MATSUURA*, Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: 6th International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] Monolithic porous media for separations - and beyond (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: 44th International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2016-06-20 – 2016-06-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal zirconium phosphate macroporous monoliths: versatile synthesis, thermal expansion and mechanical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU*, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: 13th International Conference on Ceramic Processing Science
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] Surface-functionalized hierarchically porous oxide monoliths for separation media, catalyst supports and flow-through reactors (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki NAKANISHI*, Carl-Hugo PELISSON, Takahiro NAKANISHI, Yang ZHU, Nirmalya MOITRA, Kazuyoshi KANAMORI, Toyoshi SHIMADA
  • 学会等名: 13th International Conference on Ceramic Processing Science
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2016-05-08 – 2016-05-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] ナノ材料解析の実際 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西和樹・金森主祥
  • 総ページ数: 338
  • 出版者: 講談社