金属酸化物クラスター格子の形成とその酸化触媒機能

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650847
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 上田 渉 北海道大学, 触媒化学研究センター, 教授 (20143654)
• Keywords: 複合酸化物触媒 / MoVSbOx / アルカン選択酸化 / クラスター格子表面 / 高次機能表面 / 自己組織化 / 水熱合成 / ビルディングユニット

Research Abstract

金属酸化物触媒は構造的に2種類に大別される。通常の金属酸化物に見られる金属酸素結合が3次元的に連続しているものと、金属ポリヘドラが複数縮合したクラスターから成るディスクリートな構造体である。最近では3次元結晶の面で複数個の異種元素が孤立クラスターを形成した触媒材料が現れ、中間形態となる第3の形態が重要となってきた。この触媒形態はアルカン選択酸化のような多段反応を制御する上で大変重要で、逆に触媒反応を達成する上で、孤立クラスター格子表面のような高次な機能表面の構築が重要となる。このような構造形成はソフト合成時での自己組織化現象が鍵であり、本研究ではクラスター格子形成可能な構造ビルディングユニットをあらかじめ合成し、これに連結ユニットを介在させ、自己組織化的に固体触媒活性部位を構築した。具体的には、プロパン選択酸化活性を示すMoVSbOx複合酸化物触媒の合成を、構造必須ユニットである5員環オクタヘドラユニットにより構成されているディスクリートなMo132ビッグボールの組織を用いて、水熱下での構造組織化を通して行った。結晶性の高い固体が得られ、晶癖が緩和された結晶子となった。5員環ユニットをあらかじめ与える事によって組織化の障壁が緩和され、より高次構造が形成されやすくなったと考えられた。ビルディングユニット形成法によりSbなしに同一構造体のMo-V-O複合酸化物も合成できた。部分非晶質のMo-V-Oは選択酸化に活性、選択性を示さないが、結晶化したMo-V-Oは高活性であった。これより高次構造の重要性が明確となった。プロパンの選択酸化にはMoVSbOx触媒と同程度の活性を示したが、選択性には乏しい。これより酸化活性と選択性の発現要因が明確となった。