「分子の輪」が守る 微小パラジウム触媒を開発 ~リング状の金属酸化物で作る、選択性と安定性に優れたナノ触媒~

2025-07-31 東京大学,東京都立大学,科学技術振興機構

東京大学などの研究チームは、リング状の金属酸化物分子の内部に微小なパラジウムナノクラスターを閉じ込めた新型触媒を開発した。この触媒は表面が露出した構造を持ち、反応性・選択性・安定性の全てに優れる。従来触媒と異なり、水素化反応で特定の結合だけを優先的に還元可能で、選択的物質変換が実現した。反応後も触媒性能が劣化しにくく、繰り返し使用できる。この成果は資源循環やエネルギー変換触媒に加え、光学材料やセンサー、分子エレクトロニクスなど多様な応用が期待され、学術誌「Advanced Science」に掲載された。

「分子の輪」が守る 微小パラジウム触媒を開発 ~リング状の金属酸化物で作る、選択性と安定性に優れたナノ触媒~
<関連情報>

環状ポリオキソメタレート内に封入された表面露出型Pdナノクラスターを用いた選択的水素化 Surface-Exposed Pd Nanocluster Confined within a Ring-Shaped Polyoxometalate for Selective Hydrogenation

Rui Xi, Kentaro Yonesato, Takafumi Yatabe, Yoshihiro Koizumi, Soichi Kikkawa, Seiji Yamazoe, Koji Harano, Kazuya Yamaguchi, Kosuke Suzuki
Advanced Science  Published: 28 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202509418

Abstract

Developing efficient catalysts for selective hydrogenation of molecules bearing multiple reducible functional groups remains a major challenge. Palladium (Pd) nanoclusters are promising candidates owing to their strong H2 activation ability, broad substrate compatibility, and unique surface properties. However, the controlled synthesis of small Pd nanoclusters with accessible, coordinatively unsaturated active sites remains difficult as they are prone to aggregation. In this study, a strategy is presented to fabricate surface-exposed Pd nanoclusters confined within a ring-shaped polyoxometalate (POM) via a mild solid-state reduction process (1 atm H2, ≈25 °C). The resulting Pd nanocluster exhibits exceptional chemoselectivity in the hydrogenation of multifunctional substrates by preferentially adsorbing C═C and C≡C bonds on its discrete, exposed Pd surface with a well-defined coordination environment. Importantly, the rigid POM framework considerably stabilizes Pd nanocluster, enabling excellent reusability over multiple catalytic cycles. This study demonstrates a molecular templating approach for constructing robust and chemoselective metal nanocluster catalysts, offering new opportunities in the design of hydrogenation systems.

0505化学装置及び設備
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