| Project Area | Surface hydrogen engineering: Utilization of spillover hydrogen and verification of quantum tunneling effect |
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| Project/Area Number |
21H05099
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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 | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
Motokura Ken 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90444067)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荻原 仁志 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60452009)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥34,060,000 (Direct Cost: ¥26,200,000、Indirect Cost: ¥7,860,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
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| Keywords | 固体酸触媒 / 担持金属触媒 / 水素スピルオーバー / 還元反応 / 酸化反応 / 固体触媒 / 固定化触媒 / 水素化 / C-H活性化 / 水素移動反応 / アルキル化反応 |
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| Outline of Research at the Start |
触媒分野では水素スピルオーバー現象が古くから知られており、これを利用した触媒設計が行われている。本申請課題では、最新の触媒設計手法・原子分子レベル構造解析手法と水素スピルオーバー現象を組み合わせ、スピルオーバー水素を使いこなすための革新的触媒の開発を目的とし、i) 精密設計固体表面での水素スピルオーバーによる高選択的官能基変換、ii) 高速水素スピルオーバーを利用した高選択的連続反応、および iii) 水素の逆スピルオーバー現象によるC-H結合活性化・平衡制約回避、を実現するための新規触媒開発に取り組む。
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| Outline of Final Research Achievements |
Several catalytic reaction systems for dehydrogenative/hydrogenative reaction accelerated by hydrogen spillover were developed. For example, palladium nanoparticles immobilized on outer surface of zeolite was prepared, and acted as a highly active catalysts for direct aromatic alkylation with alkanes through hydrogen transfer between acid site and Pd nanoparticles. In addition, CO2 hydrogenation reaction with active Si-H species on silicon surface and novel bimetallic nanoparticles formed via hydrogen spillover process were reported.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
水素スピルオーバーとは、固体表面を活性な水素種が高速で移動する現象を指す。固体表面で進行する触媒反応は、水素スピルーバー現象を活用することで大幅に促進される。例えば、アルカンとベンゼンの脱水素カップリング反応では、酸点でアルカンから引き抜かれた水素種が触媒表面を高速で拡散し、金属粒子表面で再結合して水素分子となる。本研究ではこの反応経路に基づいて、酸点とパラジウムナノ粒子が共存する触媒を開発し、脱水素カップリング反応に活用した。これらの成果は、高効率な物質生産に寄与するだけでなく、これまでブラックボックスとされてきた触媒反応に寄与する水素種の挙動を明らかにした点で重要な成果である。
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