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

基于三元混合功能催化剂的高效氧化转化研究

• 批准号: 21K04774
• 负责人: 田邊 真
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Fukushima Medical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04774/
• 关键词: ハイブリッド触媒; 銅; デンドリマー; ナノ粒子; 酸化反応; 還元反応; 酸化変換

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。

In this study, the activity of acidizing reduction element was shown to be "base metal (Cu)," the affinity of acid element was low,"noble metal (Pt)" was high, and the affinity of acid element was high,"typical metal (Sn)" was high. The chemical properties of the three elements are different, the composition ratio of the elements is different, the electronic state and the geometric structure are different, the catalytic activity is different, and the single element is different. For example, if you want to use the acid, you can use the platinum, copper and other metals. The addition of metal particles to the surface of the metal particles has been achieved. Chemical reduction of three elements in the formation of particles, aggregation, support and modulation Investigation of particle detection by electron microscope and detection of Pt, Sn and Cu in particles of 1 nm size by elemental analysis Related two-element catalyst (PtSn, PtCu), single-element catalyst (Pt, CuOx, SnOx) synthesis, aromatic hydrocarbon (Xanthene) molecular and acidification reaction research As a result, the conversion rate of one-element catalyst and two-element catalyst is moderate, while that of three-element catalyst is increasing rapidly. After 72 hours, Xanthene's conversion rate is uniformly changed, and its durability is increased. The activity of the catalyst is limited by acidification, and the activity of the catalyst is increased by reduction.

项目成果

金属ナノ粒子，微粒子の合成，調製と最新応用技術

金属纳米颗粒及细颗粒的合成、制备及最新应用技术

• 发表时间: 2021
• 作者: 松井響平，田邉 壮，板垣賢広，山本陽二郎，椎木 弘

反応性金属クラスターの合成と触媒開発へのアプローチ

活性金属簇的合成方法及催化剂开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuei Kawada;Yu Nishikawa;Daiki Shimada;Keita Taniya;Ruri Hidema;Takafuni Horie;Yoshiyuki Komoda;Yuichi Ichihashi;Naoto Ohmura;Hiroshi Suzuki;Satoru Nishiyama;田辺 真
• 通讯作者: 田辺 真

精密多元素合金サブナノ粒子の合成と触媒への展開

精密多元合金亚纳米颗粒的合成及其在催化剂中的应用

• 发表时间: 2022
• 期刊: 触媒
• 作者: Ohtsubo Naoto;Gohda Syun;Gotoh Kazuma;Sato Satoshi;Yamada Yasuhiro;田辺 真，山元 公寿
• 通讯作者: 田辺 真，山元 公寿

主要族元素を含むサブナノおよびナノ構造体の精密合成と機能

含有主族元素的亚纳米和纳米结构的精确合成和功能

• 发表时间: 2022
• 期刊: Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry
• 作者: Katsutoshi Sato;Yuto Motoyama;Ayano Ito;Yuichiro Wada;Katsutoshi Nagaoka;神戸 徹也・田辺 真・葛目 陽義・山元 公寿
• 通讯作者: 神戸 徹也・田辺 真・葛目 陽義・山元 公寿

高選択酸化を指向する多元素サブナノ触媒の創製

创建用于高选择性氧化的多元素亚纳米催化剂

• 发表时间: 2021
• 作者: 田辺 真;山元公寿
• 通讯作者: 山元公寿