金属ナノ粒子担持配位高分子触媒における配位高分子の担体効果の解明

多孔性の金属錯体であるMetal-Organic frameworks(MOF)は、その高い設計性や多様性によって物質の吸着・分離・貯蔵・触媒担体など様々な用途における応用が期待されている物質である。本研究では特にMOFを金属ナノ粒子担持触媒の担体として利用した際に、その担体の性質によって担持されている金属ナノ粒子の性能が変化する効果(担体効果)に着目した。一般的には触媒担体として金属酸化物や炭素材料などの物質が用いられることが多いが、MOFは中心金属の置換や配位子の化学修飾などによって、従来の物質よりもより柔軟にその性能をコントロールすることが出来るため、MOFの利用によって従来の担体を凌駕する性能を有する触媒の創製が可能であると期待される。本研究では特に「MOF担体による反応気質の吸着」という効果に着目し、気相における酢酸還元反応をモデル反応として担体効果の系統的な解明を目指した。本研究ではまず、MOF試料の酢酸蒸気への暴露試験を行い、高い熱安定性と酢酸耐性を有するMOFを複数種類見出した。更に酢酸蒸気を導入したMOF試料を用いた昇温脱離-質量分析実験を通して、各MOF試料の酢酸吸着能の評価を行い、その酢酸吸着能がMOFの種類によって異なることを見出した。そしてアークプラズマ蒸着実験によって、これらのMOFに対して同様な粒径・担持量を持つ白金ナノ粒子をそれぞれ同様に担持し、白金ナノ粒子担持MOF触媒を作製した。作製した触媒を用いて気相における酢酸還元反応を行ったところ、担持されている白金ナノ粒子はほぼ同様にも関わらず、その触媒能はMOF担体の種類によって異なることが明らかとなった。そしてその触媒能とMOF担体による酢酸吸着能とを比較した結果から、高い酢酸吸着能を有する担体を用いた触媒が高い酢酸還元能を有するということが分かった。

多孔性の金属錯体であるMetal-Organic frameworks(MOF)は、その高い設計性や多様性によって物質の吸着・分離・貯蔵・触媒担体など様々な用途における応用が期待されている物質である。本研究では特にMOFを金属ナノ粒子担持触媒の担体として利用した際に、その担体の性質によって担持されている金属ナノ粒子の性能が変化する効果(担体効果)に着目した。一般的には触媒担体として金属酸化物や炭素材料などの物質が用いられることが多いが、MOFは中心金属の置換や配位子の化学修飾などによって、従来の物質よりもより柔軟にその性能をコントロールすることが出来るため、MOFの利用によって従来の担体を凌駕する性能を有する触媒の創製が可能であると期待される。本研究では特に「MOF担体による反応気質の吸着」という効果に着目し、気相における酢酸還元反応をモデル反応として担体効果の系統的な解明を目指した。本研究ではまず、MOF試料の酢酸蒸気への暴露試験を行い、高い熱安定性と酢酸耐性を有するMOFを複数種類見出した。更に酢酸蒸気を導入したMOF試料を用いた昇温脱離-質量分析実験を通して、各MOF試料の酢酸吸着能の評価を行い、その酢酸吸着能がMOFの種類によって異なることを見出した。そしてアークプラズマ蒸着実験によって、これらのMOFに対して同様な粒径・担持量を持つ白金ナノ粒子をそれぞれ同様に担持し、白金ナノ粒子担持MOF触媒を作製した。作製した触媒を用いて気相における酢酸還元反応を行ったところ、担持されている白金ナノ粒子はほぼ同様にも関わらず、その触媒能はMOF担体の種類によって異なることが明らかとなった。そしてその触媒能とMOF担体による酢酸吸着能とを比較した結果から、高い酢酸吸着能を有する担体を用いた触媒が高い酢酸還元能を有するということが分かった。