2012 Fiscal Year Annual Research Report
触媒用希少元素の節約・再利用のための担持型触媒の計算物理学と実験による設計と開発
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23246013
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
石井 晃 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70183001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥村 和 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30294341)
有澤 光弘 北海道大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (40312962)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 環境対応 / 計算物理 / 合成化学 / 触媒・化学プロセス / 薬学 |
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| Research Abstract |
奥村グループはPd/USYを触媒としたHeckカップリング反応により、バッキーボウル型分子の合成を行った。溶媒・前処理・反応時間等の条件を最適化することにより、収率約60%でバッキーボウル型分子を合成することができた。繰り返して反応を行ったところ、10回使用後にもPd/USY触媒は活性を示し、不均一触媒の特徴がみられた。一方、USYゼオライトを触媒とした金触媒の研究も進めた。Au/USYを水素雰囲気中で加熱したところ、直径約2 nmの金ナノ粒子が生成することを見出した。この金ナノ粒子は700℃でも平均直径3.8 nmのサイズを保ち、金/USYゼオライトの耐熱性が非常に高いことを明らかにした。
有澤グループは昨年に引き続きSAPdの理論計算をする上で必要な情報を収集すべく、SPring-8でのXAFS実験（Pd、Sと空壁の物質）を行った。既に、SAPdのPdとSがそれぞれ、Pdナノパーティクルと硫酸基であることは突き止めていたが、今回空壁の物質がキシレンポリマーであることを突き止め、計算科学をする上での重要なデータを得る事に成功した。なお、この実験事実をサポートするTEM実験にも成功している。
石井グループは有澤グループで実験をしているSAPdの構造の解明を目的に金基板上の硫黄吸着とPd吸着の第一原理計算、特に水を考慮して水酸基による構造への影響を調べる第一原理計算を行った。また、有澤グループを中心としたSPring-8のXAFS実験の結果を受けPdナノパーティクルの第一原理計算、ナノパーティクルの半径が大きな極限としてのPd(111)面上の硫酸基とPdの供吸着系の第一原理計算を行い、硫酸基は金基板よりPdナノパーティクルに吸着しやすいことを突き止めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
鳥取大・石井グループは北大・有澤グループと連携した硫化金基板上パラジウム触媒の構造決定について、随時実験からの情報を反映させながら第一原理計算を順調に進展させている。北大・有澤グループはSPring-8におけるXAFS実験や物質材料研究機構の協力でのTM実験でSAPd触媒を化学だけでは到達できない程度まで構造決定実験を行っている。鳥取大・奥村グループのPd/USY触媒、USYゼオライトを触媒とした金触媒共に順調に実験で活性が示され第一原理計算による解析の段階に入ってきており、新たに石井研究室配属される２５年度の新４年生による計算実行を待っている状態である。
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| Strategy for Future Research Activity |
鳥取大・奥村グループによるUSYゼオライトによるPd，Au触媒も、計算を担当する石井研新４年生が決まり次第、奥村グループと石井グループによる連携で第一原理計算が進展する見通しなので、現在のところ、研究計画の実行に関して、特に問題は感じられない。
北大・有澤グループは、放射光実験施設Spring-8でのXAFS実験及びNIMSでのTEM実験により、金基板上の硫酸基の構造決定とその上に担持させるパラジウムの構造決定を順調に遂行すると思われるので、それと連携した鳥取大・石井グループによる第一原理計算も順調に進展する見通しである。また、これが研究計画後半に予定しているこの触媒での鈴木・宮浦カップリング反応の大規模計算シミュレーションの土台となるので、こちらの計算の進展も２５年度以降は期待できる。
鳥取大・石井グループは両実験グループとの協力で、第一原理計算のモデル設定に役立つ多くの実験結果が得られている。２５年度から鳥取大・奥村グループと連携する計算を行う学生も付けられるので、これを基に両グループの実験の解析となる第一原理計算を行っていくのに問題はない。
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