2015 Fiscal Year Annual Research Report
サイズ・構造を制御したナノクラスター固定化触媒による触媒機能-構造相関の解明
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15H05475
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
角山 寛規 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (40390661)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノクラスター / 触媒化学 / パラジウム / カップリング反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ナノクラスターは、わずかな原子数の違いによって多様な触媒特性を示すため、触媒材料として有望な物質群である。しかしながら、触媒因子として重要な ”サイズ・幾何構造” に加えて、担体との界面の構造の制御が困難であった。本年度は、有機分子秩序化膜作製を念頭に置いた、担持基板の清浄化装置を製作し、
パラジウムナノクラスターを対象として、基板上への固定化手法の構築、固定状態の顕微観察、固定化触媒の触媒活性の定量評価に向けた反応条件の最適化を行った。
基板作製装置は、出来る限り小型化し、ナノクラスター蒸着装置への基板搬送機構を備えたものとし、基板の清浄化が出来ていることを原子間力顕微鏡 (AFM) によって確認した。清浄化したチタン酸ストロンチウム基板に、サイズ（構成原子数）を規定したパラジウムナノクラスターイオンを蒸着し、AFMによって固定化状態を評価した結果、30000個/um2の密度までは、クラスターが凝集することなく固定化できていることを確認した。同触媒サンプルのカップリング反応に対する触媒活性を評価するために、溶媒、温度、撹拌条件、雰囲気等を精査したところ、水・アセトニトリル混合溶媒中、80℃程度の密封条件下で高い活性が得られることを明らかにした。1, 4, 13量体ナノクラスターの触媒活性を評価した結果、13量体が極めて高い触媒活性を有することが明らかになった。
一連の触媒作製技術の開発によって、ナノクラスターの触媒活性のサイズ依存性を系統的に評価することが可能となり、ナノクラスターを基盤とした触媒化学の系統的な理解が進むとともに、系統的な研究から多様な高活性・高機能触媒が生まれることも期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
目的としていた、ナノクラスターの固定化、構造評価は年度前半で達成し、触媒反応条件の精査およびそれに基づく活性のサイズ特異性評価を年度後半で進めたところ、極めて高い触媒活性と定量的な触媒活性評価可能であることを明らかにした。触媒活性評価については、次年度計画していた項目について検討できたという点で、予想以上の進展である。そのため、触媒活性評価に重点を置き、有機分子秩序化膜の作製装置については、予算の関係もあって次年度の検討事項とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度定量評価に成功したPdナノクラスターのサイズ特異的触媒作用に重点を置き、当初の計画と合わせて、下記の通り推進する。
(1) Pdナノクラスター触媒のサイズ特異的触媒作用の起源解明：数十量体以下の領域のサイズ特異性の解明と、電子構造評価に基づく活性の起源の解明。(2) 電気化学的な酸素分子還元に対する触媒活性評価：電気化学反応システムを構築し、定量的な評価法を確立する。(3) 有機分子秩序化膜の精密化：有機薄膜の構造 (膜厚、配列) の精密化を目指し、作製方法を精密化する。
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