規則性ナノ空間の特性を活かした新しい触媒反応系の開拓

开发利用规则纳米空间特性的新催化反应系统

基本信息

批准号：
14205114
负责人：
岩本正和
金额：
$ 31.28万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の研究において以下の点を明らかにした。(1)壁構造の有機無機複合化による新しい機能材料の創製(岩本):昨年度、ジルコニウムカチオン-硫酸根-有機ミセル相から成るメゾ構造体を合成し、この化合物中の硫酸根と水中の砒酸イオンがイオン交換を報告した。本年度は、中心金属イオンとして酸化チタンを用いると、セレン酸イオンに対する交換容量、交換速度、交換平衡定数が既存の除去剤の性能を大きく凌駕することを見出した。この物質は砒酸イオン、クロム酸イオン等の除去にも使うことができた。(2)規則性ナノ空間物質の特異な酸触媒特性の究明(石谷):シリカ系ナノ多孔体の特異な酸触媒特性の解明を検討している。本年はFriedel-Craftsアルキル化反応について検討した。本反応はアルコールをアルキル化剤とした場合に効率よく進行したが、副生成物である分枝状アルキル化体が時間とともにさらに反応消失する欠点があった。そこで、この逐次反応を抑制するため塩基性化合物を添加したところ、ニトロベンゼンの添加によって経時変化を防ぐことが可能になった。さらに、強力なエチルアミンの添加量依存性からシリカナノ多孔体上の酸点の数を決定することに成功した。(3)金属イオン担持ナノ多孔体の触媒特性の解明(山本):昨年、ニッケルイオン担持M41(Ni-M41)を触媒とするとエチレンを高選択的にプロピレンに転換できる事を見出した。この反応についてさらに詳細な検討を行った。まず、ニッケル担持量依存性、接触時間依存性、エチレン分圧依存性、他のオレフィンの反応等を検討し、反応機構を提案した。さらに触媒調製法についても検討し、触媒の焼成温度が400-450℃ではミセル炭素が残存するため活性が低く、600℃を越えるとNiの担持状態が変化し活性が低下することを見出した。結局、500-550℃焼成が最適で、活性劣化も起こらなかった。(4)メゾ多孔体の有機修飾による高機能光材料の調製(田中):シリカ系メゾ多孔体内でのジアリールエテン(DE)の光応答を検討している。シリカ細孔壁をフェニル基、メチル基等で修飾しても量子収率は変化しなかったので、DEの光異性化効率は細孔壁の有機構造に依存しないことを結論した。有機化合物の担持法を検討している中で、固相有機化合物が細孔内へ自発的に拡散する現象を見出した。ポリスチレン等の高分子も拡散したのでさらに詳細を究明中である。

今年的研究揭示了以下几点：（1）通过有机无机壁结构（IWAMOTO）创建新功能材料：去年，在这种化合物中，合成了由硫酸盐和有机胶束相结合的硫酸根硫酸盐，硫酸根和有机胶束相的介质结构。今年，我们发现，用氧化钛作为中央金属离子的表现极大地超过了现有的去除剂的性能，而兑换离子的兑换能力，汇率和兑换平衡常数。该材料也可以用于去除砷离子，铬酸盐离子等。（2）检查常规纳米空间材料（Ishitani）的独特酸催化特性：我们正在考虑阐明基于二氧化硅的纳米多孔体的独特酸催化特性。今年，我们研究了Friedel-Crafts烷基化反应。当将酒精用作烷基化剂时，该反应会有效进行，但它的缺点是副产品分支的分支烷基化产物会随着时间的推移进一步消失。因此，当添加碱性化合物以抑制这种顺序反应时，添加硝基苯会使随着时间的推移有可能预防变化。此外，我们成功地根据添加的乙胺含量的依赖性确定了二氧化硅纳米多孔体上的酸点的数量。（3）阐明金属离子支持的纳米多孔体的催化特性（Yamamoto）：去年，我们发现当使用镍离子支持的M41（Ni-M41）用作催化剂时，乙烯可以高度选择地转化为丙烯。进一步检查了这一反应。首先，我们研究了镍加载量，接触时间依赖性，乙烯部分压依赖性以及其他烯烃的反应的依赖性，并提出了一种反应机制。此外，还研究了催化剂制备方法，发现胶束碳在400-450°C的催化剂钙化温度下保持降低，因此活性较低，当它超过600°C时，NI支持状态的变化和活性降低。最后，在500-550°C下的钙化是最佳的，并且没有活性恶化。（4）通过介孔体的有机修饰（田中）制备高度功能的光材料：我们正在研究基于二氧化硅的介孔物体中日二十烯（DE）的光响应。由于即使用苯基，甲基组等修饰二氧化硅孔壁，量子产率也不会改变，因此得出的结论是，DE的光异构化效率不取决于孔隙壁的有机结构。在研究携带有机化合物的方法时，我们发现固相有机化合物自发地扩散到孔中。聚苯乙烯等聚合物也已经扩散，因此正在研究更多细节。