超多元合金の革新的機能開拓と触媒への展開

开发超级多元合金创新功能并将其应用于催化剂

基本信息

批准号：
21H04684
负责人：
山元公寿
金额：
$ 27.71万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04684/
关键词：
サブナノ粒子触媒デンドリマー

项目摘要

1nm程度もしくはそれより小さいサブナノ粒子は、ナノ粒子とは全く異なる電子的機能や反応性を発現できることから、新材料としての研究展開が強く望まれている。特にその触媒活性は興味深く、これまで白金サブナノ粒子においてバルクやナノ粒子には無い活性の発現が明らかとなってきた。本研究では，原子の種類と数を精密に規定できるデンドリマー鋳型を利用した精密な元素配合手法を発展させることで、触媒応用が期待できるサブナノ粒子を様々に合成した。集積には４段階の精密集積が可能なテトラフェニルメタンをコアとした第四世代のフェニルアゾメチンデンドリマー(TPMG４)および、そのコア部位にピリジンを１つ導入した類縁体(PyTPMG4)を用いた。ガリウム、スズ、ビスマス、銅、ルテニウム、白金を中心に、様々な元素種について TPMG4およびPyTPMG4への集積を検討し、これら元素種の精密集積と微細配合を達成した。特にガリウムと白金の配合について，錯形成させる際の溶媒組成によりデンドリマー鋳型への集積順を逆転できることを見出した。これにより精密集積できる数が小さい内側と、数が大きい外側とを制御して配合できるようになり、全比率での精密配合が可能となった。さらに、銅-ルテニウムや、銅-白金-スズなどの精密配合と合金サブナノ粒子の合成を見出すとともに、PyTPMG4を利用した1原子置換型のサブナノ粒子合成手法も開発した。このように、触媒応用が期待される元素種についてTPMG4およびPyTPMG4への精密な集積と微細な配合を行うことで、新しいサブナノ粒子の多彩な合成を実現した。

1 nm左右或更小的亚纳米颗粒能够表现出与纳米颗粒完全不同的电子功能和反应性，因此迫切需要将其作为新材料进行研究。催化活性特别令人感兴趣，并且已经表明铂亚纳米颗粒表现出在本体或纳米颗粒中未发现的活性。在这项研究中，我们通过使用树枝状聚合物模板开发精确的元素混合方法，合成了多种具有催化应用潜力的亚纳米颗粒，该方法可以精确定义原子的类型和数量。为了进行整合，我们使用了具有四苯甲烷核心的第四代苯基偶氮甲碱树枝状聚合物（TPMG4），可以分四个阶段精确整合，以及在核心位点引入一个吡啶的类似物（PyTPMG4）。我们研究了各种元素种类（主要是镓、锡、铋、铜、钌和铂）在TPMG4和PyTPMG4中的整合，并实现了这些元素种类的精确整合和精细混合。特别是，我们发现，通过改变络合物形成过程中的溶剂组成，可以颠倒镓和铂在树枝状聚合物模具中积累的顺序。这使得可以控制和混合内部部分（可精确集成的部分数量较少）和外部部分（数量较多），并允许在所有比例下精确混合。此外，我们发现了铜-钌和铜-铂-锡的精确共混和合金亚纳米粒子的合成，并开发了使用PyTPMG4的单原子取代亚纳米粒子合成方法。这样，我们通过将有望具有催化应用的元素精确集成和精细混合到TPMG4和PyTPMG4中，实现了多种新型亚纳米颗粒的合成。