採択番号 11B1007 新規メソポーラス金属触媒の創製と水素吸着測定による表面特性の評価 Development of Novel Mesoporous Metal Catalyst and Characterization of its Surface Reactivity by Hydrogen Absorption Measurement 山内悠輔 a，ワンホンジン a，ジャンシャンフェン a，山内美穂 b Yusuke Yamauchia, Hongjing Wanga, Xiangfen Jianga, Miho Yamauchib a a 独）物質・材料研究機構, b 北海道大学 National Institute for Materials Science, bHokkaido University 背景と研究目的：メソスケール細孔（2～50nm）を有するメソポーラス物質は，規則配列した均一なメソ細孔・高い表面積等の特徴を有している。これまで，メソポーラス物質としては，主に無機酸化物を骨格とするものが研究され，吸着剤や触媒・触媒担体などをはじめ様々な応用が研究されてきた。最近では，細孔壁内の組成の多様化が進み，これまでの無機酸化物に留まらず，無機有機ハイブリッドや有機高分子単独系を含む系へ組成が展開し，最近では金属まで拡張可能となってきた。本研究の対象物質であるメソポーラス Pd にはバルク表面の他に, メソスケールの一次元細孔が存在する。この一次元細孔は反応性の高い Pd の 4d 電子で囲まれた特殊な空間であり, メソポーラスシリカやゼオライトなどの他の多孔性材料に形成されたものとは全く異なる化学反応性を発現するものと期待される。本研究では, この一次元細孔およびその表面の反応特性を明らかにするため, 水素吸着／脱離特性を詳細に調査する。得られた測定結果を, Pd 微粉末, Pd ナノ粒子などの他の Pd 触媒と比較することで, メソポーラス材料の触媒特性についての知見を得ることが出来る。結果および考察：メソポーラス Pd 系材料の合成：本研究で用いるメソポーラス Pd 系物質は，ソフトテンプレート法とハードテンプレート法によりそれぞれ合成を行った．後者の手法では，鋳型となる共連続構造有するメソポーラスシリカをまず作製し，その細孔中に Pd イオンを導入し，その後還元剤を導入することで，Pd を析出させる．最後に，シリカを除去することで，Pd 系メソポーラス材料が合成可能となる． SEM 像から規則的なメソ構造を観察し，共連続構造のメソ細孔中に欠陥なく Pd が析出していることを確認した（図１）．窒素吸着測定からも 50m2/g を越える高い表面積が得られた．図１．メソポーラス Pd 粒子の表面 SEM 像．メソポーラス Pd 系材料表面の水素分子吸着／解離特性の解明：メソポーラス Pd 系材料の水素吸蔵／放出特性を水素圧力組成等温線および放射光を用いた粉末 XRD 測定により詳細な検討を行った。Pd 粉末では、表面に強固な水素吸着のため 2 回目の水素吸蔵量が減少する。他方、メソポーラス材料では表面吸着挙動は観測されなかった。これは、メソポーラス材料の表面構造が非常に規則的であり、水素の迅速な吸脱着が可能であるためと考えられる。今後、NMR 測定などにより、材料と水素の結合状態を詳細に調べ、メソポーラス材料界面の特異性の起源を明らかにつもりである。論文発表状況・特許状況 [1] 山内悠輔，山内美穂，論文投稿準備中