塩基性ポリマーを内包する中空ナノ空間を活用した協奏的触媒の設計とCO2資源化

利用含碱性聚合物的中空纳米空间协同催化剂和二氧化碳资源化利用的设计

基本信息

批准号：
22H00275
负责人：
山下弘巳
金额：
$ 27.12万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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

项目摘要

本申請課題では、①高機能触媒の探索、②活性点構造・作用機構の解明、 ③協奏的触媒の創出の研究を行う。①では、「塩基性反応場」と「触媒活性点」の制御、「プラズモン増強反応場」の創成を検討する。ターゲット反応はCO2の水素化によるギ酸・メタノール・CO合成である。②では、実験的（オペランド観測など）および理論計算的検討により、反応機構の解明に取り組む。③では、①②で個々に探索したそれぞれの機能を相乗的に融合させ、既存触媒の凌駕を目指す。本年度は、①高機能触媒の探索について、以下の研究を遂行した。（１）塩基性反応場の設計：　申請者は簡便な合成法により、様々な触媒活性種を内包した中空球状シリカの創製に成功し、さらに塩基性アミノポリマーを有機テンプレートとして様々な種類の金属ナノ粒子を内包した中空シリカ構造体が得られることを見出している。中空ナノ空間に内包され適度な密度で構造緩和されたアミノポリマーは、金属粒子触媒と組み合わせた時に、CO2吸着・濃縮・安定化効果、電子供与効果（電子リッチな金属粒子の形成と分散性の保持）が期待できる。アミノポリマーの塩基量や密度、塩基強度を精密に制御しCO2吸着濃縮を効率化することで、目的とする触媒反応に合わせた活性種周辺の反応場の自在制御を目指した。（２）触媒活性点の精密制御：　CO2活性化に有効な合金アンサンブル触媒を、これまで見出してきたPdAg合金触媒の更なる高機能化と他の合金系の探索を行った。CO2資源化において、活性向上に直結する因子を調べることで、合金ナノ粒子の持つ物理化学的特性と触媒活性の相関を明らかにした。（３）触媒性能評価： CO2資源化反応としてギ酸合成(CO2　+ H2 → HCOOH)、CO生成(CO2　+ H2 → CO)をターゲットとし、条件探索を行った。

该应用程序将涉及研究1）寻找高性能催化剂，2）阐明活动点的作用结构和机理，以及3）创建一致的催化剂。在1中，我们将检查“基本反应场”和“催化活性点”的控制以及“等离子体增强反应场”的创建。靶反应是通过CO2氢化的甲酸，甲醇和CO合成。在2中，我们将通过实验（操作数观察等）和理论计算来阐明反应机制。在③中，我们旨在协同搜索中每个人的功能，并超过现有的催化剂。今年，我们对1）寻找高性能催化剂进行了以下研究。（1）基本反应领域的设计：申请人通过简单的合成方法成功地创建了一个含有各种催化活性物种的空心球形二氧化硅，并且还发现，可以使用基本氨基聚合物作为有机模板获得含有各种金属纳米颗粒的空心二氧化硅结构。氨基聚合物封闭在空心纳米空间中，并以中等密度在结构上放松，预计将在与金属颗粒粒子催化剂结合时具有二氧化碳吸附，浓度，稳定和电子粉状效应（形成富含电子的金属颗粒并保持分散性）。通过精确控制氨基聚合物的基本量，密度和基础强度以提高二氧化碳吸附和浓度的效率，我们旨在根据预期的催化反应自由控制活性物种周围的反应场。（2）对催化活性点的精确控制：我们进一步提高了迄今为止发现的PDAG合金催化剂的功能，并搜索了其他合金系统。通过检查直接导致二氧化碳资源转化活性的因素，我们阐明了合金纳米颗粒的物理化学性质与催化活性之间的相关性。（3）催化性能评估：将甲酸合成（CO2 + H2→HCOOH）和CO产生（CO2 + H2→CO）作为CO2资源反应，并搜索条件。