高効率高選択的直接変換を可能とする多元金属クラスター触媒の創製

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本研究の目的は、「プロピレンオキシドの高効率高選択的直接合成を可能とする多元金属クラスター触媒の創製」である。従来の触媒とは異なる活性種を形成することが期待される多元金属クラスターを駆使して、これまでは不可能であった「高効率」と「高選択率」の両立を狙う。具体的には、気相酸化反応でのプロピレンオキシド直接合成を実現すべく、プロピレン転化率およびプロピレンオキシド選択率ともに高い値を示す多元金属クラスター触媒の開発に取り組んだ。前年度では、シリカに担持された酸化銅クラスターによるプロピレンオキシドの生成を確認した。今年度は銅を基軸として、種々の銅含有多元金属クラスターの合成および性能検討に取り組んだ。その結果、プロピレン気相酸化において、銅―ルテニウム複合酸化物クラスターが酸化銅クラスターよりも高いプロピレンオキシド選択率を示し、銅とルテニウムの相乗効果が発現していることを明らかした。プロピレン転化率とプロピレンオキシド選択率の関係を整理すると、酸化銅―酸化ルテニウムクラスターはプロピレン転化率が大きい領域でも、比較的高いプロピレンオキシド選択率を維持していた。反応温度275℃で、酸化銅―酸化ルテニウムクラスターは検討した触媒の中では最も高いプロピレンオキシド収率を与え、酸化銅クラスターの5.3倍のプロピレンオキシド収率となることを見出した。酸化銅クラスター中のCu-O-Cu結合と比べて、酸化銅―酸化ルテニウムクラスター中のCu-O-Ru結合はルテニウムにより易還元性であることが考えられる。Cu-O-Ru結合からプロピレンが酸素を受け取ると、Cu種はCu(I)へと還元される。Cu(I)は親電子的な酸素種を形成することからプロピレンの選択的エポキシ化に有効であり、そのため酸化銅―酸化ルテニウムクラスターは酸化銅クラスターよりも高いエポキシ選択率を示した可能性がある。