Theory for construction of low entropy reaction space toward heterogeneous catalysts and complicated catalysts
| Project Area | Highly organized catalytic reaction chemistry realized by low entropy reaction space |
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| Project/Area Number |
21H05082
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023)
The University of Tokyo (2021-2022) |
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Principal Investigator |
宮村 浩之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00548943)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八谷 巌 三重大学, 工学研究科, 教授 (50312038)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥32,760,000 (Direct Cost: ¥25,200,000、Indirect Cost: ¥7,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | 低エントロピー反応空間 / 不均一系触媒 / フロー合成 / 水素化反応 / 反応メカニズム解析 / 協調触媒系 / 多段階合成 / 芳香族化合物水素化 / 金属ナノ粒子 / 流体・反応シミュレーション / Lewis酸触媒 / 協調触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究領域では触媒反応系における反応経路の高秩序化を可能とする「反応に関与する化学種が高度に秩序だって存在する空間」を「低エントロピー反応空間」と定義し、そのような反応空間の設計理論の構築を行う。不均一系触媒反応や気相―液相―固相からなる多相系反応において、フロー系でのバッチ系に対する反応加速や選択性向上の要因を、反応空間に由来する物理的因子と化学反応における活性化パラメーター変化、特に活性化エントロピー変化との相関を明らかにする。また、複数の触媒が異なる時間軸で機能する協調触媒系や、多段階合成のためのフロー触媒系に即した低エントロピー反応空間を設計し、従前の手法では達成困難な触媒反応を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒を用いる、芳香族化合物の水素化反応において、バッチ系とフロー系で、その反応速度定数が大きく異なることを見出した。トルエンの水素化反応における反応速度定数の温度依存性を、バッチ系、フロー系でそれぞれ検証し、Eyringプロットを行ったところ、活性化エンタルピー項はほとんど変わらなかったのに対し、見かけの活性化エントロピー項が、フロー系ではバッチ系では大きくなることがわかった。このことより、フロー系では、相間の混合や物質移動がバッチ系に比べより効率的に起こっているという仮設を裏付けることができた。
さらに、A04班浅野と、ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒を用いる芳香族化合物の水素化反応における反応加速のメカニズム解明のための共同研究を開始した。A03班宮村が様々なポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子を調製し、A04班浅野が反応工学的手法を用いた速度論的解析や、流体・反応シミュレーションを行うことで、現在立てている仮設の検証を行う。
一方、新たに、ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒とスカンジウムトリフラートやイッテルビウムトリフラートのようなLewis酸触媒との協調効果により、芳香族化合物の水素化反応が大幅に加速されることを見出した。詳細な速度論解析の結果、基質の種類によって、その加速の大きさも異なり、基質とLewis酸触媒との相互作用の様式も、反応速度に大きく影響することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒を用いる、芳香族化合物の水素化反応において、バッチ系とフロー系で、その反応速度定数が大きく異なることを見出した。トルエンの水素化反応における反応速度定数の温度依存性を、バッチ系、フロー系でそれぞれ検証し、Eyringプロットを行ったところ、活性化エンタルピー項はほとんど変わらなかったのに対し、見かけの活性化エントロピー項が、フロー系ではバッチ系では大きくなることがわかった。このことより、フロー系では、相間の混合や物質移動がバッチ系に比べより効率的に起こっているという仮設を裏付けることができた。
一方、新たに、ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒とスカンジウムトリフラートやイッテルビウムトリフラートのようなLewis酸触媒との協調効果により、芳香族化合物の水素化反応が大幅に加速されることを見出した。詳細な速度論解析の結果、基質の種類によって、その加速の大きさも異なり、基質とLewis酸触媒との相互作用の様式も、反応速度に大きく影響することを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
A04班浅野と、ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒を用いる芳香族化合物の水素化反応における反応加速のメカニズム解明のための共同研究を開始した。A03班宮村が様々なポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子を調製し、A04班浅野が反応工学的手法を用いた速度論的解析や、流体・反応シミュレーションを行うことで、現在立てている仮設の検証を行う。具体的には、基質への水素の溶解度や、不均一系触媒の粒径と反応速度との相関を明らかにする。また、よりかさ高く電子豊富な置換基や、複数の置換基を有する反応性の低い基質を用いる場合の、フロー系でのバッチ系に対する反応加速効果についても検証する。
一方で、ポリシランーアルミナ複合担体固定化ロジウムー白金合金ナノ粒子触媒とLewis酸との協調触媒系が、アリールアルキルエーテルの還元的開裂反応に対して、高い活性を占めることを見出しており、本反応開発についての検討もバッチ系、フロー系両方で進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
