複合構造化による卑金属酸化物ナノクラスターの機能拡張

通过复合结构扩展贱金属氧化物纳米团簇的功能

• 批准号: 22K04822
• 负责人: 一國 伸之
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04822/
• 关键词: 酸化物ナノクラスター; 触媒; XAFS; アルコール酸化反応; コバルト酸化物; ニッケル酸化物; マンガン添加; ナノクラスター

コバルトやニッケルなどの卑金属元素の酸化物種を担体上でナノメートルサイズに微細化させ，担体や第二元素添加による協奏効果を効果的に発現させて，分子状酸素を用いたアルコール酸化反応活性の向上を目指した。(1)担持型酸化コバルトのナノクラスター化による高活性化：活性炭上にコバルト酸化物ナノクラスターを構築したところ，コバルトの担持量を3 wt%から1 wt%に下げることでコバルトあたりの1-フェニルエタノールの酸化反応活性を2倍向上させることに成功した。TEM観測から3 wt%ではコバルト酸化物種は平均粒径が6.0 nmであったが，1 wt%では粒子の観測ができなかった。XAFS解析結果と比較することで，1 wt%では1.0 nm程度にまで小さくなっていたことが示唆された。また，微小化したコバルト酸化物の格子酸素がアルコール酸化反応に寄与し，その後気相の分子状酸素により触媒構造が復元するというサイクルを繰り返していることがXAFS解析から明らかになった。(2)マンガン種を添加した酸化ニッケルナノクラスター触媒による協奏効果：活性炭上にマンガン種を添加したニッケル酸化物ナノクラスター構築した。ニッケルと複合化していないマンガン酸化物ナノクラスター自体も酸化反応に活性を有するが，この場合は反応前後にマンガン種が還元することがXAFSからわかった。一方，ニッケル種に添加したマンガン種は，反応前後で還元してなく，直接アルコールを酸化していないことが示唆された。添加したマンガンの粒子サイズを小さくすることでNi-O-Mn構造を増やすことも効果的であることがわかったが，さらに，マンガン種の酸化状態が高いことで高活性な触媒となることがXAFSなどの解析から明らかとなった。活性種だけでなく，添加元素のサイズや酸化状態も明らかにし，新たな複合構造創出に向けた知見を得た。

コ バ ル ト や ニ ッ ケ ル な ど の metal elements の acidification species を supporter on で ナ ノ メ ー ト ル サ イ ズ に ultra-micronization model.the さ せ, supporter や second element to add に よ る kanadeai unseen fruit を unseen fruit に 発 now さ せ て, molecular shape を acid element with い た ア ル コ ー ル acidification reverse 応 の upward を refers し た. (1) Supported acidification コバ ラスタ ト ナノ ラスタ ラスタ による highly active: Activated carbon on に コ バ ル ト acidification content ナ ノ ク ラ ス タ ー を build し た と こ ろ, コ バ ル ト の hold quantity を 3 wt % か ら under 1 wt % に げ る こ と で コ バ ル ト あ た り の 1 - フ ェ ニ ル エ タ ノ ー ル の acidification reverse 応 を 2 times up さ せ る こ と に successful し た. TEM 観 measuring か ら 3 wt % で は コ バ ル ト acidification species は が mean particle size of 6.0 nm で あ っ た が, 1 wt % で は particle の 観 measuring が で き な か っ た. XAFS parsing results と す る こ と で, 1 wt % で は degree of 1.0 nm に ま で small さ く な っ て い た こ と が in stopping さ れ た. ま た, miniaturization し た コ バ ル ト acidification acid content の grid element が ア ル コ ー ル acidification anti 応 に send and し そ の 気 phase の molecular shape after acid element に よ り catalyst structure が recovery す る と い う サ イ ク ル を Qiao り return し て い る こ と が XAFS parsing か ら Ming ら か に な っ た. (2) マ ン ガ ン of を し た acidification ニ ッ ケ ル ナ ノ ク ラ ス タ ー catalyst に よ る kanadeai unseen fruit: activated carbon on に マ ン ガ ン of を し た ニ ッ ケ ル acidification content ナ ノ ク ラ ス タ ー build し た. Composite ニ ッ ケ ル と し て い な い マ ン ガ ン acidification content ナ ノ ク ラ ス タ ー autologous も acidification anti 応 に active を have す る が, こ は の occasions before and after the 応 に マ ン ガ ン kind が also yuan す る こ と が XAFS か ら わ か っ た. Side, ニ ッ ケ ル of に し た マ ン ガ ン は, before and after the 応 で also yuan し て な く, direct ア ル コ ー ル を acidification し て い な い こ と が in stopping さ れ た. Add し た マ ン ガ ン の particle サ イ ズ を small さ く す る こ と で Ni - O - Mn tectonic を raised や す こ と も unseen fruited で あ る こ と が わ か っ た が, さ ら に, マ ン ガ ン の acidification state high が い こ と で highly active な catalyst と な る こ と が XAFS な ど の parsing か ら Ming ら か と な っ た. Activity of だ け で な く, add elements の サ イ ズ や acidification condition も Ming ら か に し, new た な composite structure makes に to け た knowledge を た.

项目成果

酸化ニッケルナノクラスター触媒へのマンガン添加による触媒活性への影響

氧化镍纳米团簇催化剂中添加锰对催化活性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Zhang;S. Inagaki;Y. Kubota;西村京輔，志村泰充，稲垣怜史，窪田好浩;張 聖翔，稲垣怜史，窪田好浩;黒沢実穂乃，原孝佳，一國伸之
• 通讯作者: 黒沢実穂乃，原孝佳，一國伸之