高分子金属錯体からの高分散金属超微粒子の合成と環境浄化機能に関する研究

まず、酸素配位子を持つポリビニルアルコール(PVA)と硝酸鉄との混合水溶液にアルカリを添加した後、アセトン抽出によりPVA鉄錯体を調製し、不活性ガス中630℃で炭素化した。TEM観察やXRD測定の結果より、10nm以下の金属鉄超微粒子が、30%の高濃度で炭素上に均一に分散していることが明らかとなった。鉄微粒子の結晶形態は炭素化温度によって制御され、また鉄存在下では、炭素収率が著しく向上するとともに炭素の結晶化も進行した。この高分散金属鉄微粒子上では、アンモニアやアミンの分解が促進された。次に、N配位子を有するポリアクリロニトリル(PAN)上に、アモルファス状の水酸化鉄を沈殿担持して1000℃で炭素化し、30nm前後の鉄超微粒子が高分散した炭素の製造に成功した。炭素化過程では、超微粒子形成前の鉄クラスターとPAN中の窒素との相互作用が広範囲に起こり、通常はアンモニアやシアン化水素として脱離する窒素が、鉄存在下では極めて効率よくN_2に転化されることを見いだした。XRD測定結果より、窒化鉄や炭化鉄の生成が認められ、炭素のN 1s XPS測定より、ピリジン環の窒素が選択的にN_2に転化されることが判明した。これらの結果を総合して、鉄クラスターが炭素マトリックスに溶解しつつ固体内を移動して窒化鉄となり、その分解によってN_2が生成する反応機構で進行するものと結論された。このような超微粒子合成法は、酸素配位子を大量に含有する褐炭に対しても大変有効であり、900℃の熱分解により、10〜30nmの鉄超微粒子が炭素上に生成した。鉄微粒子は、ピリジン環やピロール環のN_2への転換を著しく促進した。これらの複素環の窒素は、燃焼過程で、酸性雨の原因となるNOxや地球温暖化ガスであるN_2Oとして排出されるので、本研究成果は、環境上有害な窒素酸化物のプリカーサーの除去法開発に非常に有用である。

まず、酸素配位子を持つポリビニルアルコール(PVA)と硝酸鉄との混合水溶液にアルカリを添加した後、アセトン抽出によりPVA鉄錯体を調製し、不活性ガス中630℃で炭素化した。TEM観察やXRD測定の結果より、10nm以下の金属鉄超微粒子が、30%の高濃度で炭素上に均一に分散していることが明らかとなった。鉄微粒子の結晶形態は炭素化温度によって制御され、また鉄存在下では、炭素収率が著しく向上するとともに炭素の結晶化も進行した。この高分散金属鉄微粒子上では、アンモニアやアミンの分解が促進された。次に、N配位子を有するポリアクリロニトリル(PAN)上に、アモルファス状の水酸化鉄を沈殿担持して1000℃で炭素化し、30nm前後の鉄超微粒子が高分散した炭素の製造に成功した。炭素化過程では、超微粒子形成前の鉄クラスターとPAN中の窒素との相互作用が広範囲に起こり、通常はアンモニアやシアン化水素として脱離する窒素が、鉄存在下では極めて効率よくN_2に転化されることを見いだした。XRD測定結果より、窒化鉄や炭化鉄の生成が認められ、炭素のN 1s XPS測定より、ピリジン環の窒素が選択的にN_2に転化されることが判明した。これらの結果を総合して、鉄クラスターが炭素マトリックスに溶解しつつ固体内を移動して窒化鉄となり、その分解によってN_2が生成する反応機構で進行するものと結論された。このような超微粒子合成法は、酸素配位子を大量に含有する褐炭に対しても大変有効であり、900℃の熱分解により、10〜30nmの鉄超微粒子が炭素上に生成した。鉄微粒子は、ピリジン環やピロール環のN_2への転換を著しく促進した。これらの複素環の窒素は、燃焼過程で、酸性雨の原因となるNOxや地球温暖化ガスであるN_2Oとして排出されるので、本研究成果は、環境上有害な窒素酸化物のプリカーサーの除去法開発に非常に有用である。