分子層剥離法による高次構造体の合成-高選択的V-P-O触媒への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655297
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 奥原 敏夫 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 教授 (40133095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉永 裕介 北海道大学, 大学院・地球環境科学研究科, 助手 (60322848)
• Keywords: 分子層剥離 / バナジウム-リン酸化物 / アルカン選択酸化反応 / インターカレーション / 高次構造体

Research Abstract

1.原料VOPO_4・2H_2Oの分子層シートが2-ブタノール中に分散(層剥離)した均一溶液を調製した。得られた分子層シートを2-ブタノール/エタノール混合アルコール中で還元して薄膜状前駆体結晶を合成した。この混合アルコールの組成を変化させ、生成する薄膜状結晶体の結晶サイズおよび膜厚の制御を試みた。エタノール未添加の場合の結晶体は、サブミクロンレベル(長さ0.7μm、膜厚26nm)であったが、エタノール混合比を大きくすると、ある比までは、結晶体の長さ、膜厚は系統的に微細化することを見出した。その最適混合比では、ナノレベルまで微細化した薄膜状結晶体(長さ160nm、膜厚17nm)が得られた。また、分子層シートの還元-結晶化温度の影響についても系統的に検討し、還元温度が低いほど、結晶サイズが小さくかつ膜厚の薄い結晶体が生成することを明らかにした。
2.アルコール中に分散した分子層シートと界面活性剤との自己集積化を利用して、V-Pメソ構造体の合成を試みた。界面活性剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウム臭化物を用いたところ、分子層シートと界面活性剤とが自己集積したメソ構造体が生成した。メソ構造体の構造は、界面活性剤と分子層シートとの比によって大きく変化した。界面活性剤/分子層シートの比が大きい場合にはラメラ構造体が生成し、逆に小さい場合には、ヘキサゴナル構造体が生成した。ヘキサゴナル構造体の細孔内に存在する界面活性剤を除去することにより、ヘキサブナル構造体の多孔質化を試みたが、現在までのところ成功には至っていない。

Research Products

• [Publications] T.Okuhara: "A Highly Selective Vanadyl Phosphate Synthesized by Exfoliation -Reduction in Mixed Alcohols for n-Butane Oxidation"Stud.Surf.Sci.Catal.. 145. 271-274 (2002)
• [Publications] Y.Kamiya, T.Okuhara: "Preparation of Catalyst Precursor for Selective Oxidation of n-Butane by Exfoliation-Reduction of VOPO4・2H2O in Primary Alcohol"Catal.Today. 78. 281-290 (2003)
• [Publications] Y.Kamiya, T.Okuhara: "Preparation and Characterization of Lamellar Vanadyl Alkylphosphates as Catalyst Precursors for Selective Oxidation of n-Butane"Bull.Chem.Soc.Jpn.. 76. 837-846 (2003)
• [Publications] N.Hiyoshi, T.Okuhara: "Selective Oxidation of n-Butane in the Presence of Vanadyl Pyrophosphate Synthesized by Intercalation-Exfoliation-Reduction of Layered VOPO4・2H2O in 2-Butanol"J.Catal.. 221. 225-233 (2004)