日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 26(4): 131-137 (2009)
doi:10.20731/zeoraito.26.4.131

解説解説

可視光応答型金属錯体内包ゼオライトの創製と選択光酸化Creation of visible-light responsible metal complexes encapsulated within zeolite cavities and their application to the selective photo-oxidation

大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻Graduate School of Engineering, Osaka University ◇ 〒565-0871 大阪府吹田市山田丘2-1

受理日:2009年7月31日Accepted: July 31, 2009
発行日:2009年12月10日Published: December 10, 2009
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ゼオライトは規定されたミクロ分子環境場を提供し, 光を透過する透明な分子反応容器(ホスト)としての役割を発揮する。本稿では, ナノ構造中に機能ユニットとして可視光応答性金属錯体を固定化することで, 幾何学的に設計された空間を有効に利用して, 特異な光触媒活性機能を付与した例を解説する。[Fe(bpy)3]2+(bpy: 2,2'-bipyridine)錯体をY型ゼオライト細孔内に内包した光触媒が, 可視光照射下(> 430 nm), 酸素を用いたスチレンの酸化反応に活性を示し, ベンズアルデヒド, スチレンオキシドを与えることを見出した。また, ゼオライト中のイオン交換アルカリ金属カチオン(Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+)が, Fe錯体の局所構造や光触媒活性に与える影響についても検討した。アルカリ金属カチオンのイオン半径の増大に伴い, 光触媒活性, ベンズアルデヒド生成の選択性が向上するが, これはFe電子密度の減少に一致する。一方, [Ru(bpy)3]2+を内包した場合, 交換カチオンのイオン半径が小さいほど発光強度が強く, スチレン類の酸化反応において軽原子のLi,Naイオンの存在下で高い活性が発現することが分かった。

A series of catalysts containing tris(2,2'-bipyridine)iron(II) (Fe(bpy)32+) complexes inside zeolite Y cages with various extraframework alkali metal cations (Li+, Na+, K+, Rb+, and Cs+) have been synthesized via a "ship-in-a-bottle" method. Formation of the Fe(bpy)32+ complexes was ascertained by XRD, diffuse-reflectance UV-vis spectroscopy, and Fe K-edge XAFS measurement. The steric constraint induced by increasing the size of the alkali metal cations resulted in a decrease in both Fe content and BET surface area. The intensity of the MLCT absorption band of Fe(bpy)32+ complexes associated with zeolites increased in the presence of heavier alkali metal cations, while the electron density of the Fe atoms decreased as the ionic radius of the alkali metal cations increased. The encapsulation of Fe(bpy)32+ within zeolite Y cages resulted in the creation of a new photocatalytic system enabling efficient oxidation of styrene to benzaldehyde and styrene oxide under visible-light irradiation (_λ > 430 nm) in the presence of molecular oxygen (O2). The turnover number (TON) was found to correlate with the increased intensity of the MLCT band and the decreased electron density of the Fe atoms. Additionally, Ru(bpy)32+ complexes contained within a series of zeolite Y cages with various extra framework alkali metal cations were successfully synthesized. The intensity of the photoluminescence spectra of Ru(bpy)32+ complexes associated with zeolites increased in the presence of lighter alkali metal cations. This result was found to corroborate with the increased TON for the photo-induced oxidation of styrene derivatives under visible-light irradiation and in the presence of O2. This suggests that the electronic configuration of the lowest triplet state of Ru(bpy)32+ can be enhanced with the aid of light alkali metal cations, which predominantly determine the intensity of photoluminescence and the photooxidation rate.

キーワード:可視光応答性金属錯体;選択光酸化;アルカリ金属カチオン

Key words: visible-light responsible metal complexes; selective photo-oxidation; alkali metal cations

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