Development of highly efficient catalytic systems based on structural control of manganese oxides by crystallization of precursors

点击翻译按钮获取中文摘要

本申請研究では、独自に開発した層状マンガン酸化物前駆体の低温での結晶化手法により合成したマンガン酸化物ナノ粒子触媒を用い、従来法で合成したマンガン酸化物では達成し得ない高難度あるいは新しい触媒反応系の開発を目的としている。今年度は、層状前駆体を低温で結晶化する手法をOMS-1に応用し、（3×3）トンネル構造を有するトドロカイト型マンガン酸化物ナノ粒子の一段合成と酸化触媒としての応用を行った。合成条件の検討を行い、前駆体の焼成温度、原料の過マンガン酸マンガン塩と二価マンガン塩のモル比、二価マンガン塩およびマグネシウム塩の種類が、生成物の結晶構造・結晶性・粒子サイズに影響を与えることを明らかとした。焼成温度について、200 ℃でOMS-1が生成し、300 ℃から徐々に構造は壊れ500 ℃で酸化マンガン(III)とスピネル型のマグネシウムマンガン系酸化物へと変化した。また、既報に基づき合成した結晶子径が28 nm程度の高結晶性層状前駆体からはOMS-1への相転移は起こらず、本合成法において低結晶性の前駆体超微粒子を用いることが重要であることがわかった。原料の過マンガン酸マンガン塩と二価マンガン塩のモル比は前駆体の結晶構造に影響を与え、OMS-1の結晶性は原料モル比の低下に伴い増加した。これらのOMS-1ナノ粒子触媒を用いて、分子状酸素のみを酸化剤としたアルコールやスルフィドの直接酸化反応を行ったところ、高活性なβ-MnO2などの従来のマンガン酸化物よりも穏和な条件下で高い活性を得た。反応後も触媒性能の低下がないために再利用可能であり、種々の基質（9種類）の酸化反応に適用できる固体触媒として機能した。