塩基性ポリマーを内包する中空ナノ空間を活用した協奏的触媒の設計とCO2資源化

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本申請課題では、①高機能触媒の探索、②活性点構造・作用機構の解明、 ③協奏的触媒の創出の研究を行う。①では、「塩基性反応場」と「触媒活性点」の制御、「プラズモン増強反応場」の創成を検討する。ターゲット反応はCO2の水素化によるギ酸・メタノール・CO合成である。②では、実験的（オペランド観測など）および理論計算的検討により、反応機構の解明に取り組む。③では、①②で個々に探索したそれぞれの機能を相乗的に融合させ、既存触媒の凌駕を目指す。本年度は、①高機能触媒の探索について、以下の研究を遂行した。（１）塩基性反応場の設計：　申請者は簡便な合成法により、様々な触媒活性種を内包した中空球状シリカの創製に成功し、さらに塩基性アミノポリマーを有機テンプレートとして様々な種類の金属ナノ粒子を内包した中空シリカ構造体が得られることを見出している。中空ナノ空間に内包され適度な密度で構造緩和されたアミノポリマーは、金属粒子触媒と組み合わせた時に、CO2吸着・濃縮・安定化効果、電子供与効果（電子リッチな金属粒子の形成と分散性の保持）が期待できる。アミノポリマーの塩基量や密度、塩基強度を精密に制御しCO2吸着濃縮を効率化することで、目的とする触媒反応に合わせた活性種周辺の反応場の自在制御を目指した。（２）触媒活性点の精密制御：　CO2活性化に有効な合金アンサンブル触媒を、これまで見出してきたPdAg合金触媒の更なる高機能化と他の合金系の探索を行った。CO2資源化において、活性向上に直結する因子を調べることで、合金ナノ粒子の持つ物理化学的特性と触媒活性の相関を明らかにした。（３）触媒性能評価： CO2資源化反応としてギ酸合成(CO2　+ H2 → HCOOH)、CO生成(CO2　+ H2 → CO)をターゲットとし、条件探索を行った。