空間配置を制御した金属ナノ粒子のゲル微粒子内部への固定化による機能性触媒の創製

通过将金属纳米颗粒固定在具有受控空间排列的凝胶颗粒内来创建功能催化剂

基本信息

批准号：
15J11533
负责人：
呉羽拓真
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題の目的のひとつである異種ナノ粒子とハイドロゲル微粒子の複合体合成技術の確立において、新たな合成方法で新奇ポリマー/ポリマー複合ゲル微粒子を開発し、ハロゲン化合物を自在に内包/放出できるキャリア―の提案につながった。特に、金属ナノ粒子と同様に水に溶解しない固体状高分子ナノ粒子をハイドロゲル微粒子に複合化させたことで、触媒反応時のゲル微粒子の構造と触媒反応基質分子の拡散性の関係を解明できる糸口をつかんだ。本検討は学術論文として3報受理された。さらに、本課題の大きな目的である金属ナノ粒子複合ゲル微粒子触媒の開発にも成功し、触媒反応中または再利用するための回収時に凝集しないゲル微粒子触媒を提案した。ここでは金属ナノ粒子の空間配置を制御し、ハイドロゲル微粒子内部に固定化させる手法を用いて、金属ナノ粒子の粒子内固定位置が触媒活性に与える影響を調査した。特に、固体状高分子微粒子の周りに水和するゲル層を付与したコアシェル型のゲル微粒子を用いて固体状コア微粒子表面にのみ金属ナノ粒子が存在するように空間配置を制御した。ここでは金ナノ粒子を選択し、触媒反応としてモデルとなるp-nitrophenolの還元反応を用いた。その結果、特に担持されていないフリーの金ナノ粒子およびゲル層がない固体状微粒子表面に担持されている金ナノ粒子を用いた場合、触媒反応中に微粒子間の凝集が発生し、再利用性が低い事がわかった。一方、コアシェルゲル微粒子に担持された金ナノ粒子触媒を用いると、触媒活性は大きく変化しないが、常に分散状態で回収が容易であるため高い再利用性を示すことを見出した。本検討結果は学術論文として提出中であり、触媒である金属ナノ粒子の空間配置を制御する意義を見出せた成果であると言える。

该项目的目标之一是建立异质纳米粒子和水凝胶微粒的复合合成技术，我们将采用新的合成方法开发新型聚合物/聚合物复合凝胶微粒，并使用可以自由封装和释放卤素化合物的载体。 - 引发了该提案。特别是，通过将金属纳米颗粒等不溶于水的固体聚合物纳米颗粒组合到水凝胶微粒中，我们为阐明催化反应过程中凝胶微粒的结构与催化反应底物分子的扩散性之间的关系找到了线索。该研究被接收为三篇学术论文。此外，我们成功开发了本项目的主要目标金属纳米颗粒复合凝胶颗粒催化剂，并提出了一种在催化反应过程中或收集再利用时不会聚集的凝胶颗粒催化剂。在这里，我们使用一种方法来控制金属纳米颗粒的空间排列并将其固定在水凝胶微粒内，以研究金属纳米颗粒在颗粒内的固定位置对催化活性的影响。特别是，我们使用在固体聚合物颗粒周围具有水合凝胶层的核壳型凝胶颗粒，并控制空间排列，使得金属纳米颗粒仅存在于固体核颗粒的表面上。在这里，我们选择金纳米粒子并使用对硝基苯酚的模型还原反应作为催化反应。结果发现，特别是当使用未负载的游离金纳米粒子或负载在没有凝胶层的固体细粒表面上的金纳米粒子时，在催化反应期间发生细粒之间的聚集，使得再利用性较低。另一方面，我们发现，当使用负载在核壳凝胶颗粒上的金纳米粒子催化剂时，催化活性没有明显变化，但始终处于分散状态并且易于回收，从而具有较高的可重复使用性。这项研究的结果目前正在作为学术论文提交，可以说是发现了控制作为催化剂的金属纳米粒子的空间排列的意义的结果。