単分散球状メソポーラスシリカの合成と応用Synthesis and applications of monodispersed mesoporous silica spheres
株式会社豊田中央研究所Toyota Central R&D Labs., Inc. ◇ 〒480-1192 愛知県愛知郡長久手町
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単分散球状メソポーラスシリカ(MMSS)は,非常に均一な粒子径を有し,規則的なメソ細孔が放射状に配列しているというユニークな特徴を有する材料である。MMSSは,反応初期に小さな粒子が析出した後,それらが,均一に成長することにより生成する。この生成機構を利用して,粒子の内部と外殻で細孔の化学特性が異なるコアシェル型MMSSの合成に成功した。MMSSはナノサイズの細孔を有していることから,種々のナノ粒子を細孔内に導入することができる。我々は,フェロセンカルバルデヒドを酸化鉄前駆体として用いることにより,一回の操作で19 wt%もの酸化鉄ナノ粒子を選択的に細孔内に導入できることを見出した。また,MMSSの高い単分散性を利用して,酸化鉄/MMSSコンポジット粒子からなるコロイド結晶の作製にも成功している。さらに,MMSSは,その粒子径,細孔径,細孔配列の均一性からメソポーラスシリカ触媒の基礎研究用材料としても有用であり,メソ細孔がどの程度利用されているかの指標である有効係数を初めて算出することができた。
Monodispersed mesoporous silica spheres (MMSS) are very unique, which have highly uniform particle diameter and radially aligned ordered mesopores. In the synthesis, small particles emerged suddenly and they grew homogeneously to their final size. By taking advantage of this formation mechanism, hydrophilic-core/hydrophobic-shell MMSS could be successfully obtained upon the further addition of different types of silica source. MMSS have pores whose sizes are in nanometer range and various types of nanoparticles are assumed to be incorporated. We have found that more than 19 wt% of iron oxide nanoparticles could be incorporated in mesopores in only one operation by using ferrocenecarbaldehyde as an iron oxide source. In addition, a colloidal crystal could be fabricated from the iron oxide/MMSS composite. MMSS are expected to be useful as a model catalyst in mesoporous catalyst research because they have uniform particles size, pore diameter, and mesopore arrangement. The effectiveness factor of MMSS in an acid-catalyzed reaction was obtained for the first time.
Key words: Mesoporous silica; Monodispersed; Spheres; Colloidal crystal; Catalysis
© 2008 ゼオライト学会© 2008 Japan Association of Zeolite
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