かご状炭素に内包された金属ナノ粒子による不均一触媒反応

笼状碳封装金属纳米粒子的多相催化反应

基本信息

批准号：
19028042
负责人：
池田茂
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

金属ナノ粒子は、バルク状金属とは異なる表面特性と単一の原子にはない集団的特性を併せ持つ新しい触媒形態である。これらは一般に、その凝集を抑えるために有機高分子などの保護剤で安定化させ、溶液として利用される。このため、保護剤により表面活性点が被覆されること、分離・回収・再利用などが容易でないことなど、触媒として用いるには不利な点が多い。これらを解決する新形態として、本研究では、配位子のない金属ナノ粒子を多孔性中空炭素粒子に内包させたコア-シェル粒子を提案する。この「かご状炭素カプセル化金属ナノ粒子」は、「裸」の高い反応性を有する金属ナノ粒子コアが、多孔性の炭素シェルに防御され安定であるうえ、分離・回収・再利用が容易な不均一触媒として利用できるため、上述したような既存の金属ナノ粒子触媒での課題を解消できる可能性をもつ独自の新しい触媒形態である。ここでは、白金(Pt)ナノ粒子、およびロジウム(Rh)ナノ粒子をコアとするこのような構造体の精密合成と、ナノ粒子コアと多孔性シェルが協奏的に機能するような触媒系の開発を中心に研究を実施した。構造体合成については、サイズ制御されたPtおよびRhナノ粒子をコアとする構造体を選択的に合成することに成功した。触媒反応では、シェルの疎水性とコアの高い反応性を活かした芳香環の高効率水素化反応や、シェルとコアの触媒能を利用したニトロベンゼンと一級アミン類からのC-N結合形成反応など、あたらしい協奏機能触媒系が実現された。また、同様のコンセプトを酸化チタンナノ粒子と多孔性中空シリカシェルからなる光触媒ナノ粒子-多孔性シェル構造へ展開し、シェルの分子ふるい効果を用いた選択的光触媒機能などを検討している。

金属纳米粒子是一种新型催化剂，具有不同于块状金属的表面特性和单个原子所没有的集体特性。它们通常用有机聚合物等保护剂稳定以抑制它们的聚集并以溶液形式使用。因此，它用作催化剂时存在许多缺点，例如表面活性位点被保护剂覆盖，不易分离、回收和再利用。作为解决这些问题的一种新形式，本研究提出了核壳颗粒，其中无配体的金属纳米颗粒被封装在多孔中空碳颗粒中。这些“笼状碳包封金属纳米颗粒”具有由多孔碳壳保护的“裸露”高反应性金属纳米颗粒核，使其稳定且易于分离、回收和再利用，因为它可以用作多相催化剂。，它是一种独特的新型催化剂形式，有潜力解决上述现有金属纳米粒子催化剂的问题。在这里，我们将重点围绕以铂（Pt）纳米颗粒和铑（Rh）纳米颗粒为核心的此类结构的精确合成，以及纳米颗粒核心和多孔壳协同作用的催化剂体系的开发进行研究。主要有以下几点。在结构合成方面，我们成功地选择性合成了以尺寸可控的Pt和Rh纳米粒子为核心的结构。在催化反应方面，我们正在开发新技术，例如利用壳的疏水性和核的高反应性的芳香环的高效加氢反应，以及利用催化作用的硝基苯和伯胺的C-N键形成反应。实现了壳和核的协同功能催化剂系统。我们还正在开发与光催化纳米粒子-多孔壳结构类似的概念，该结构由二氧化钛纳米粒子和多孔空心二氧化硅壳组成，并正在研究利用壳的分子筛分效应的选择性光催化功能。