柔軟性を制御したＰｄ担持ナノゲル触媒固定化膜リアクターの作製

可控柔性负载钯纳米凝胶催化剂固定膜反应器的制备

• 批准号: 13J05206
• 负责人: 瀬戸 弘一
• 金额: $ 2.53万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J05206/
• 关键词: パラジウム触媒; 高分子ゲル粒子; 多孔質モノリス; 鈴木カップリング反応; 流通式リアクター; ナノゲル粒子; 膜リアクター; Pd触媒

研究代表者は、N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAm)をベースとした高分子ゲル材料の開発を行った。NIPAm高分子は水溶液中で温度に応答して膨潤・収縮する。この高分子のもつ特性を上手く活用して特異なナノ形状に制御し、触媒としての機能について検討を行った。NIPAm高分子は界面活性剤存在下で高温にて重合すると自発的に収縮した形をとり、マイクロゲル粒子(GPs)を形成する。さらに濃度を上げてバルクに近い状態で、高温で重合すると多孔質モノリスが得られる。三級アミノ基をゲルに導入することで、パラジウム(Pd)イオン吸着能を付与した。このGPsに担持させたPdナノ粒子は2-3nmのナノ形状を有した。GPsの基本的な性質を制御して、触媒活性との相関について調べた。本研究のGPsは、NIPAAmに架橋剤モノマーを加えることでゲルの性質を明確に特徴づけている。架橋剤の濃度を5-30%と変化させた上で、鈴木カップリング反応に対する触媒活性を検討した。すると、架橋剤の密度が増加するほど活性が高まり、触媒の寿命も顕著に増大することがわかった。架橋密度を制御したGPs内部ではPdナノ粒子が著しく安定であった。Pd担持GPsをシリカ膜に固定化したリアクターを作製した。流通型リアクターとして反応を検討したところ、長期において安定な触媒活性を示した。また、高い触媒活性をもつGPsを機能性材料のビルディングブロックとして用いることで、多孔質モノリスリアクターも開発できた。このモノリスリアクターは高い通液性をもち、ゲル特性を活かしつつPdナノ粒子を触媒として担持したリアクターとして機能した。以上のように、担体となる高分子ゲルの物性によって触媒活性を自在にコントロールして、グリーンケミストリーを実現することを可能にした。本研究は、新しい化学反応プロセスを可能にする高分子ゲル材料の設計指針となった。

研究人员开发了一种基于N-异丙丙烯酰胺（NIPAM）的聚合物凝胶材料。 NIPAM聚合物在水溶液中膨胀并响应温度。该聚合物的性能成功地将其控制为独特的纳米形状，并研究了催化剂的功能。当NIPAM聚合物在表面活性剂存在下在高温下聚合时，它采取自发收缩形式，形成微凝胶颗粒（GPS）。可以通过在高温下接近大体的状态下增加浓度来获得多孔整体。将三级氨基组引入凝胶中，以提供吸附钯（PD）离子的能力。这些GP支持的PD纳米颗粒的纳米形为2-3 nm。控制了GP的基本特性，并研究了它们与催化活性的相关性。这项研究中的GP通过在NIPAAM中添加交联单体来清楚地表征凝胶的性质。交联剂的浓度从5-30％更改，并研究了铃木偶联反应的催化活性。发现交联链的密度增加会增加活性，催化剂的寿命也显着增加。 PD纳米颗粒在GPS内部显着稳定，在该GP中控制了交联密度。准备了一个反应器，其中将PD支持的GP固定在二氧化硅膜上。当反应器研究反应器时，它在很长一段时间内显示出稳定的催化活性。此外，通过使用高度催化活性GP作为功能材料的构建块，我们能够开发多孔的整体反应器。该整体反应堆具有高液体渗透性，并且充当反应器，该反应器支持PD纳米颗粒作为催化剂，同时利用其凝胶性能。如上所述，催化剂活性可以通过用作载体的聚合物凝胶的物理特性来自由控制，从而实现绿色化学物质是可能的。这项研究为聚合物凝胶材料的设计提供了指南，该材料可以实现新的化学反应过程。

项目成果

Pdを担持させたナノゲルによるリアクターの検討

使用负载 Pd 的纳米凝胶检查反应器

• 发表时间: 2013
• 作者: 米田玉弥;森井崇人;瀬戸弘一;星野友;三浦佳子
• 通讯作者: 三浦佳子

Pd微粒子触媒の安定性を向上させるナノゲル担体の設計

纳米凝胶载体设计提高Pd颗粒催化剂稳定性

• 发表时间: 2015
• 作者: 秋吉 孝則;瀬戸 弘一;星野 友;三浦 佳子
• 通讯作者: 三浦 佳子

金属メッシュデバイスを利用した空気中の粒子状物質の検出

使用金属网装置检测空气中的颗粒物

• 发表时间: 2014
• 作者: Tamami Yoneda;Takato Morii;Hirokazu Seto;Yu Hoshino;Yoshiko Miura;瀬戸 弘一・米田 玉弥・星野 友・三浦 佳子;瀬戸 弘一・ 神波 誠治・ 近藤 孝志・星野 友・ 三浦 佳子
• 通讯作者: 瀬戸 弘一・ 神波 誠治・ 近藤 孝志・星野 友・ 三浦 佳子

Pd-supported polymer nanoparticle immobilized silica membrane type reactor

钯负载聚合物纳米颗粒固定二氧化硅膜式反应器

• 发表时间: 2014
• 作者: Tamami Yoneda;Takato Morii;Hirokazu Seto;Yu Hoshino;Yoshiko Miura
• 通讯作者: Yoshiko Miura

塩基性高分子ナノゲル触媒の開発

碱性聚合物纳米凝胶催化剂的研制

• 发表时间: 2014
• 作者: Tamami Yoneda;Takato Morii;Hirokazu Seto;Yu Hoshino;Yoshiko Miura;瀬戸 弘一・米田 玉弥・星野 友・三浦 佳子
• 通讯作者: 瀬戸 弘一・米田 玉弥・星野 友・三浦 佳子