2016 Fiscal Year Research-status Report
酸化物担持金クラスター触媒の開発と分子状酸素による高選択的官能基変換への適用
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16K17943
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
竹歳 絢子 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 助教 (50533056)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 触媒 / 金クラスター / 金ナノ粒子 / 酸素酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高難度反応が可能となる新しい金触媒の開発を目的とし、金をクラスター化することで、ナノ粒子触媒では見られなかった触媒特性の発現を目指している。担持金クラスター触媒調製の手法として、乾燥過程にマイクロ波照射を用いると、酸化マンガンを担体とした際、従来からよく用いられている電気炉による乾燥よりも金粒子直径が小さくなることを見出している。
平成28年度はこの手法を、マイクロ波の吸収効率の高い酸化マンガンの他、ほとんど吸収しない酸化チタンや酸化アルミニウムにも適用できるのか検討した。X線吸収分光法を用いて乾燥後の金の状態(価数)、焼成後の金粒子径を調べ、マイクロ波乾燥と従来の電気炉による乾燥、凍結乾燥とを比較した。
金/酸化アルミニウムでは、マイクロ波乾燥や凍結乾燥後、金は全く還元されていなかったが、電気炉による乾燥後はすでに約50%がAu(0)に還元されていた。これらを水素還元するといずれもAu(0)へと100%還元され、その金粒径はFEFF解析からマイクロ波乾燥1.6 nm, 凍結乾燥1.9 nm, 電気炉乾燥2.3 nmとなった。これらはTEM観察により求めた平均粒子直径ともよい一致を示した。マイクロ波乾燥後水素還元したサンプルが最も平均粒子直径が小さく、マイクロ波乾燥は、担体のマイクロ波吸収効率にかかわらず、金クラスター触媒の調製法として効果的であることがわかった。得られた触媒はスルフィドやCOの酸化反応で高い触媒活性を示した。
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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
当初の目的通り、マイクロ波乾燥という手法を取り入れることで、マイクロ波吸収効率の異なる金属酸化物を担体としても、高活性な金クラスター触媒が得られることを見出した。また、得られた金クラスター触媒は、空気浄化となるＣＯ酸化反応で高い触媒活性を示したほか、香料となる脂肪族エステルの合成にも適用できることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ波照射により触媒の乾燥が迅速にでき金クラスターとなった。得られた触媒は気相反応のほか、液相反応としてエステル合成にも適用できた。この反応では実用化に向け、流通式反応装置を用い、高濃度条件での検討を行う。
また、ベンゼンからフェノールやアニリンへの直接官能基化の高難度反応への挑戦に向け、ベンゼンよりも反応性の高いトルエンを基質とするアンモ酸化などに適用し、反応ごとのサイズ特異性・構造特異性を評価し、触媒の最適化を図る。
さらに反応後の触媒の金の状態(価数)、金粒子径を調べ、耐久性の高い触媒開発の足がかりを得る。
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