Research Abstract
表面が露出した状態の安定な金属ナノ粒子を用いた高性能不均一触媒反応
High-performance heterogeneous catalysis with surface-exposed stable metal nanoparticles
2014年11月27日 Scientific Reports 4 : 7228 doi: 10.1038/srep07228
金属ナノ粒子の機能と応用を実現するためには、粒子の凝集防止が非常に重要である。金属ナノ粒子の安定性を向上させる従来の方法は、不活性層で被覆して粒子同士が直接接触しないようにするものであった。しかし、保護層が存在すると、金属種が反応物質と接触できなくなるため、触媒としての有効性が著しく低下する。今回我々は、本質的な触媒活性をもたらす表面露出状態の金属ナノ粒子を作製・利用できることを報告する。今回の金属ナノ粒子作製法は、メソポーラス/マイクロポーラス二重三次元πネットワークによる空間的閉じ込めと電子的安定化によって実現する。表面露出ナノ粒子は、このネットワーク中でその場で還元されると結晶化する。こうして得た無被覆パラジウムナノ粒子は、水中で並外れて活性な不均一触媒として機能し、非反応性塩化アリールに触媒作用を及ぼすことによって直接炭素–炭素結合形成を可能にし、さまざまなタイプのクロスカップリング反応に繰り返し使用しても安定である。従って、我々の結果は、実用的な不均一触媒の開発に新たな展望を開くものである。
Ning Huang1, Yanhong Xu1, & Donglin Jiang1
- 自然科学研究機構 分子科学研究所 物質分子科学研究領域 分子機能研究部門
Protection of metal nanoparticles from agglomeration is critical for their functions and applications. The conventional method for enhancing their stability is to cover them with passivation layers to prevent direct contact. However, the presence of a protective shell blocks exposure of the metal species to reactants, thereby significantly impeding the nanoparticles' utility as catalysts. Here, we report that metal nanoparticles can be prepared and used in a surface-exposed state that renders them inherently catalytically active. This strategy is realised by spatial confinement and electronic stabilisation with a dual-module mesoporous and microporous three-dimensional π-network in which surface-exposed nanoparticles are crystallised upon in situ reduction. The uncovered palladium nanoparticles serve as heterogeneous catalysts that are exceptionally active in water, catalyse unreactive aryl chlorides for straightforward carbon–carbon bond formation and are stable for repeated use in various types of cross couplings. Therefore, our results open new perspectives in developing practical heterogeneous catalysts.
