2022 Fiscal Year Research-status Report
Fine Synthesis of Metal Nanoparticle Catalysts Using Supramolecule as an Template
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22K19020
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
宮村 浩之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00548943)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 金属ナノ粒子 / 不均一系触媒 / 超分子錯体 / 酸素酸化反応 / 触媒的有機合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高分子担体内で、粒径を自在に制御可能かつ、その分散度が均一な、金属ナノ粒子の生成手法の開発を行う。高分子に固定化した超分子錯体をテンプレートに、異なる種類の金属塩を、それぞれ異なる配向性をもって秩序だった状態に安定化する。そこに、還元剤を添加することで、超分子錯体を中心とした秩序構造を維持したまま、金属塩の還元とナノ粒子形成を行い、担体の高分子全体に渡って、均質な粒径や分散度のナノ粒子が形成できると考えられる。
６つのビスカテコール配位子と４つの金属中心から形成される正四面体型の超分子錯体(Raymond Tetrahedron)を、カチオン性の高分子に担持した、高分子固定化超分子錯体に、金塩や白金塩を吸着させ、水素化ホウ素ナトリウムで還元処理することで、粒径の整った金属ナノ粒子が高分子中に担持されることを、電子顕微鏡による観測から明らかにした。また、高分子中のスペーサーモノマーの性質によっても、ナノ粒子サイズの均質性や、粒径に影響が出ることがわかった。
超分子錯体を固定化しないカチオン性の高分子を用いると、粒径が不揃いのナノ粒子が形成されることから、超分子錯体によるテンプレート効果が存在すると考えられる。また、調製した超分子をテンプレートとした高分子固定化金属ナノ粒子が、温和な条件下でのアルコールの酸素酸化反応に活性を示すことも見出した。触媒活性も、テンプレートとなる超分子錯体の担持密度や、金属の担持量によって影響されることがわかった。
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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
令和４年度はまず、６つのビスカテコール配位子と４つのガリウム金属中心から形成される正四面体型の超分子錯体(Raymond Tetrahedron)を、四級アンモニウムカチオン側鎖を有するカチオン性の高分子に担持した、高分子固定化超分子錯体に、金塩や白金塩を吸着させ、水素化ホウ素ナトリウムで還元処理することで、粒径の整った金属ナノ粒子が高分子中に担持されることを、電子顕微鏡による観測から明らかにした。
超分子錯体を固定化しないカチオン性の高分子を用いると、粒径が不揃いのナノ粒子が形成されることから、超分子錯体によるテンプレート効果が存在すると考えられる。また、高分子中のスペーサーモノマーの性質によっても、ナノ粒子サイズの均質性や、粒径に影響が出ることがわかった。
さらに、調製した超分子をテンプレートとした高分子固定化金属ナノ粒子が、温和な条件下でのアルコールの酸素酸化反応に活性を示すことも見出した。触媒活性も、テンプレートとなる超分子錯体の担持密度や、金属の担持量によって影響されることがわかった。
以上のように、超分子テンプレート法で均質なナノ粒子が高分子担体に固定化できること、新たな手法で調製した高分子固定化金属ナノ粒子が良好な触媒活性を示すことを明らかにし、研究は概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は、高分子構造、超分子錯体の担持密度、貴金属塩の種類や担持密度、還元剤の種類や量などを系統的に変化させることで、高分子中に形成されるナノ粒子のサイズや粒径分布への影響を観測し、超分子錯体をテンプレートとして、均質なナノ粒子が形成されるプロセスについての仮説の提唱ならびに、その検証を進める。
一方で、新たに本手法で調製される高分子固定化ナノ粒子触媒の反応の適用範囲の拡大を検討する。具体的にはアルコールの酸素酸化反応における基質一般性の拡大や、そのほかの酸化反応、および種々の水素化反応への検討を行う。
また、触媒の回収、再利用性の検討も行い、超分子テンプレート法で調製される金属ナノ粒子触媒の頑強性の検討を同時に進める。
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| Causes of Carryover |
研究代表者は、2022年10月に、東京大学大学院理学系研究科化学専攻 助教から、国立研究開発法人 産業技術研究所 触媒化学融合研究センター 主任研究員として異動した。本研究遂行において重要な役割を果たす電子顕微鏡が、異動後の研究機関で 2022年度いっぱい故障していたが、2023年度から研究所内で新たな分析委託先が見つかり、研究遂行が可能になる見通しとなったため、2023年度に繰り越すこととした。2023年度は、より多くのサンプル調製と、顕微鏡観測、触媒活性評価を行うため、2022年度分の繰越額を加えた研究費を計上している。
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