デンドリマーを鋳型とした一原子制御サブナノクラスター触媒の創製と有機分子変換

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未開拓の領域であるサブナノサイズの金属クラスター、更には合金サブナノクラスター(SNC)の触媒機能についての研究を行うことを目的とし研究を進めてきた。まず、クラスターの金属種の選定を行った。これまで研究を進めてきた白金を基本の金属として、白金と他の金属との合金SNCsを合成した。触媒活性の評価としては、空気中の酸素分子を酸化剤に用いたアルキルベンゼンのベンジル位の酸化反応の検討を行った。検討の結果、白金と銅からなる合金SNC触媒が非常に高い触媒活性を示すことがわかり、市販の白金触媒と比較して約22倍もの質量活性を示すことがわかった。このことは本触媒反応に用いる白金の量を22分の1まで減らすことに成功したといえる。さらに白金と銅の他に第三の金属として金を加え、三種類の金属からなるトリメタリックSNCを合成することとし、触媒活性の比較を行った。その結果、酸素雰囲気下ではトリメタリックSNCはバイメタリックSNCの約3倍もの触媒活性を示すことを見出した。これらの実験事実と触媒反応のメカニズムの検討を行ったところ、本反応はアルキルベンゼンから中間体として過酸化物を経てケトンへと変換される反応機構で酸化反応が進行していることを突き止めた。その反応機構において白金と他の金属を合金化することで過酸化物からケトンへと変換する経路が促進されていることがわかった。本研究では今までの触媒化学の分野では例の少ない金属SNCの精密合成だけでなく組成比も制御した合金SNCの合成を可能とし、さらに高度な有機分子変換反応において興味深い触媒機能を示すことを見出した。