2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ空間を利用したシングルサイト光触媒の設計と応用
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26220911
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山下 弘巳 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40200688)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 泰隆 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40635330)
亀川 孝 大阪府立大学, 21世紀科学研究機構, 講師 (50525136)
森 浩亮 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90423087)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 光触媒 / シングルサイト / ナノ細孔 / ナノ金属 / メソポーラス / 多孔体 / 疎水性表面 / 金属錯体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゼオライやメソポーラスシリカなどのナノ多孔材料を利用して、細孔空間や骨格内に調製したシングルサイト光触媒（孤立四配位酸化物種、光機能性金属錯体）の機能・特性の評価、およびナノ多孔材料の構造・形態制御、表面修飾や他の機能性材料との複合化を通して、シングルサイト光触媒を利用する環境調和型機能材料の開発と応用を試みた。平成27年度では、以下の研究を実施した。
１）コア・シェル構造触媒設計による高効率ワンポット触媒反応系の設計： 金属前駆体とシングルサイト触媒を含む溶液に均一急速加熱を可能にするマイクロ照射を行うことで、通常加熱による調製に比べより微細で高分散な貴金属ナノ粒子の担持を試みた。本手法を利用することで、コア・シェル型触媒構造を構築し、調製した種々の金属・合金微粒子触媒上における水素・酸素からの過酸化水素合成、シングルサイト光触媒上における過酸化水素を酸化剤とした逐次的な有機物の選択酸化反応を設計できた。
２）シングルサイト光触媒を組み込んだ超親水性・超撥水性多孔透明薄膜の調製： 前駆体ゾルをスピンコーティング法やディプコーティング法で基板上に塗布した後に焼成することで、シングルサイト光触媒を含有したメソポーラスシリカ透明薄膜を作成した。この薄膜は光触媒反応性に加え、表面親水性を示し、新規な界面光機能性材料として利用できる。一方で、多孔質薄膜上にポリマーやカーボンナノチューブをコートすることで、水滴の接触角が150度を超える超撥水性表面が開発できた。
３）ナノ細孔空間で機能する金属錯体シングルサイト光触媒の設計： 光応答性金属錯体の操作性、耐久性の向上を目的として、ナノ多孔性材料への固定化を検討した。ゼオライトやメソポーラスシリカなどのナノ細孔内を利用して、光応答性の金属錯体の固定化を行い、ナノ細孔構造が金属錯体光触媒に与える影響を明らかにした。
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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
本研究課題の研究目的は、ナノ多孔材料の細孔空間や骨格内にシングルサイト光触媒（孤立四配位酸化物種、光機能性金属錯体）を調製し、環境調和型機能材料の開発を行うことである。平成27年度では、以下の研究成果を得て、20件以上の学術論文発表を行い、当初の目標を達成した。その成果が評価され、研究代表者は、国内外の学会で多数の基調講演・招待講演を行った。研究代表者は大阪大学総長顕彰を、研究分担者は日本金属会賞の奨励賞を受賞した。
１）コア・シェル構造触媒設計による高効率ワンポット触媒反応系の設計：コア・シェル型触媒構造を構築し、調製したPdベースの金属・合金微粒子触媒上における水素・酸素からの過酸化水素合成、シングルサイト光触媒上における過酸化水素を酸化剤とした逐次的な有機物の選択酸化反応を実現した。
２）シングルサイト光触媒を組み込んだ超親水性・超撥水性多孔透明薄膜の調製：スピンコーティング法やディプコーティング法を駆使して、シングルサイト光触媒を含有したメソポーラスシリカ透明薄膜を作成し、表面親水性を示す新規な界面光機能性材料として利用できることを明らかにした。
３）ナノ細孔空間で機能する金属錯体シングルサイト光触媒の設計：ゼオライトやメソポーラスシリカなどのナノ細孔内を利用して、光応答性の金属錯体の固定化を行い、ナノ細孔構造が金属錯体光触媒に与える影響を明らかにした。また、MOF材料への金属錯体の導入に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ多孔材料の細孔空間や骨格内にシングルサイト光触媒（孤立四配位酸化物種、光機能性金属錯体）を利用し、以下の新しい環境調和型機能材料の開発を行う。
１）シングルサイト光触媒を利用する金属ナノ触媒の調製
貴金属資源の使用量を低減するために、より微細かつ高分散に貴金属ナノ粒子を担持できる触媒調製法の開発が注目されている。微細で均一な貴金属ナノ粒子を含有した触媒材料の調製においてシングルサイトTi光触媒の応用を検討する。金属前駆体を含む溶液にシングルサイトTiを含むゼオライト(TS-1)やメソポーラスシリカ(Ti-HMS)を加えた後に光照射することで、光励起したTiと金属の前駆体との相互作用を通し、最終的に微細かつ高分散な金属ナノ粒子を担持できる。貴金属ナノ粒子のみならず合金ナノ粒子の調製に本手法を適用し、パラジウム－金やパラジウム－ニッケルなどのナノ合金の担持を試み高活性を示す金属ナノ触媒の調製を目指すとともにプラズモン触媒としての利用を検討する。
２）ヨーク・シェル構造触媒設計による高効率ワンポット触媒反応系の設計
ヨーク・シェル型触媒構造を構築し、調製した種々の金属・合金微粒子触媒上における水素・酸素からの過酸化水素合成、シングルサイト光触媒上における過酸化水素を酸化剤とした逐次的な有機物の選択酸化反応を可能とするワンポット触媒反応系を設計する。この系で対象とするのは、シクロヘキサンからシクロヘキサノン、シクロヘキサノール合成反応、ベンゼンからフェノール合成反応である。
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Research Products
(109 results)
