三元素ハイブリッド機能触媒を基盤とした高効率酸化変換の開発

本研究では、酸化還元活性を示す「卑金属 (Cu)」、酸素親和性が低い「貴金属 (Pt)」、酸素親和性が高い「典型金属 (Sn)」で構成される三元素ハイブリッド粒子を精密に合成し、炭化水素の酸化反応および極性官能基の還元反応をモデル反応としてハイブリッド粒子の触媒機能を明らかにする。化学的性質が異なる三元素ハイブリッド粒子はその元素組成比に応じて電子状態及び幾何構造が顕著に異なるため、ハイブリッド効果による飛躍的な触媒活性の向上、単一元素では実現できない多機能性を発現することが期待される。ハイブリッド粒子合成の鋳型となるデンドリマーを用いて、ルイス酸性が高い順で白金、スズ、銅のそれぞれの金属塩を段階的に加えた。添加した金属塩はデンドリマーの窒素原子に対して、金属塩の精密集積が達成された。化学還元によりデンドリマー内で三元素サブナノ粒子の形成後、凝集を抑制するためシリカに担持した不均一系触媒を調製した。走査透過電子顕微鏡による粒子観察とエネルギー分散型蛍光X線分析装置による元素分析から、1 nm程度の粒子サイズと粒子中にPt、Sn、Cuが存在することを確認した。関連する二元素サブナノ触媒 (PtSn、PtCu)、単一元素サブナノ触媒 (Pt、CuOx、SnOx)も合成し、芳香族炭化水素 (Xanthene) をモデル分子とした酸化反応を検討した。その結果、単一元素触媒や二元素触媒は中程度までの転化率を示したが、三元素触媒の転化率は飛躍的に向上した。しかも、72時間後までXantheneの転化率は一律で変化したことから、耐久性が向上しているとも示唆される。これらの触媒活性は酸化反応に限らず、還元反応においても三元素ハイブリッド触媒の活性が飛躍的に向上していることを見出した。

本研究では、酸化還元活性を示す「卑金属 (Cu)」、酸素親和性が低い「貴金属 (Pt)」、酸素親和性が高い「典型金属 (Sn)」で構成される三元素ハイブリッド粒子を精密に合成し、炭化水素の酸化反応および極性官能基の還元反応をモデル反応としてハイブリッド粒子の触媒機能を明らかにする。化学的性質が異なる三元素ハイブリッド粒子はその元素組成比に応じて電子状態及び幾何構造が顕著に異なるため、ハイブリッド効果による飛躍的な触媒活性の向上、単一元素では実現できない多機能性を発現することが期待される。ハイブリッド粒子合成の鋳型となるデンドリマーを用いて、ルイス酸性が高い順で白金、スズ、銅のそれぞれの金属塩を段階的に加えた。添加した金属塩はデンドリマーの窒素原子に対して、金属塩の精密集積が達成された。化学還元によりデンドリマー内で三元素サブナノ粒子の形成後、凝集を抑制するためシリカに担持した不均一系触媒を調製した。走査透過電子顕微鏡による粒子観察とエネルギー分散型蛍光X線分析装置による元素分析から、1 nm程度の粒子サイズと粒子中にPt、Sn、Cuが存在することを確認した。関連する二元素サブナノ触媒 (PtSn、PtCu)、単一元素サブナノ触媒 (Pt、CuOx、SnOx)も合成し、芳香族炭化水素 (Xanthene) をモデル分子とした酸化反応を検討した。その結果、単一元素触媒や二元素触媒は中程度までの転化率を示したが、三元素触媒の転化率は飛躍的に向上した。しかも、72時間後までXantheneの転化率は一律で変化したことから、耐久性が向上しているとも示唆される。これらの触媒活性は酸化反応に限らず、還元反応においても三元素ハイブリッド触媒の活性が飛躍的に向上していることを見出した。