Fine Synthesis of Metal Nanoparticle Catalysts Using Supramolecule as an Template

以超分子为模板精细合成金属纳米颗粒催化剂

• 批准号: 22K19020
• 负责人: 宮村 浩之
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19020/
• 关键词: 金属ナノ粒子; 不均一系触媒; 超分子錯体; 酸素酸化反応; 触媒的有機合成

本研究では、高分子担体内で、粒径を自在に制御可能かつ、その分散度が均一な、金属ナノ粒子の生成手法の開発を行う。高分子に固定化した超分子錯体をテンプレートに、異なる種類の金属塩を、それぞれ異なる配向性をもって秩序だった状態に安定化する。そこに、還元剤を添加することで、超分子錯体を中心とした秩序構造を維持したまま、金属塩の還元とナノ粒子形成を行い、担体の高分子全体に渡って、均質な粒径や分散度のナノ粒子が形成できると考えられる。６つのビスカテコール配位子と４つの金属中心から形成される正四面体型の超分子錯体(Raymond Tetrahedron)を、カチオン性の高分子に担持した、高分子固定化超分子錯体に、金塩や白金塩を吸着させ、水素化ホウ素ナトリウムで還元処理することで、粒径の整った金属ナノ粒子が高分子中に担持されることを、電子顕微鏡による観測から明らかにした。また、高分子中のスペーサーモノマーの性質によっても、ナノ粒子サイズの均質性や、粒径に影響が出ることがわかった。超分子錯体を固定化しないカチオン性の高分子を用いると、粒径が不揃いのナノ粒子が形成されることから、超分子錯体によるテンプレート効果が存在すると考えられる。また、調製した超分子をテンプレートとした高分子固定化金属ナノ粒子が、温和な条件下でのアルコールの酸素酸化反応に活性を示すことも見出した。触媒活性も、テンプレートとなる超分子錯体の担持密度や、金属の担持量によって影響されることがわかった。

在这项研究中，我们将开发一种生产金属纳米粒子的方法，其粒径可以自由控制，并且在聚合物载体内分散程度均匀。使用固定在聚合物上的超分子复合物作为模板，不同类型的金属盐以不同的方向稳定在有序状态。通过添加还原剂，金属盐被还原并形成纳米颗粒，同时保持以超分子复合物为中心的有序结构，导致均匀的颗粒尺寸，并且据信可以形成具有高度分散的纳米颗粒。将由6个双儿茶酚配体和4个金属中心形成的四面体超分子复合物（Raymond Tetrahedron）负载在阳离子聚合物上的聚合物固定化超分子复合物被金盐包覆，通过电子显微镜观察发现，通过吸附铂盐并还原与硼氢化钠配合，可以将粒径均匀的金属纳米粒子负载在聚合物中。还发现纳米颗粒尺寸和粒度的均匀性受到聚合物中间隔单体的性质的影响。当使用不固定超分子复合体的阳离子聚合物时，形成具有不规则粒径的纳米颗粒，因此认为存在超分子复合体的模板效应。我们还发现，使用所制备的超分子模板固定聚合物的金属纳米颗粒在温和条件下对醇的氧氧化反应表现出活性。还发现催化活性受到作为模板的超分子配合物的负载密度和负载的金属量的影响。

项目成果

産業技術研究所 触媒化学融合研究センター 革新的酸化チーム

先进产业技术研究院催化化学聚变研究中心创新氧化团队