Development of methane conversion using plasma jet catalytic reactor

• Project/Area Number: 18K18982
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: Yamazoe Seiji 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (40510243)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: プラスマジェット / メタン / 金クラスター / 金属酸化物クラスター / 担持金属触媒 / ラジカルカップリング / ラジカル / メタン転換 / プラズマ / 触媒 / プラズマジェット / メタン変換 / ラジカル反応 / 金属クラスター

Outline of Final Research Achievements

In this project, new catalytic system for methane conversion using plasma jet have been developed. DFT calculations revealed that the gold clusters are active for the methyl radical coupling reaction. The metal oxide supported gold cluster catalysts were synthesized using ligand-protected gold clusters. So, plasma jet catalytic reactor was newly designed and developed. Methane conversion to ethane proceeded using this plasma jet catalytic reactor over supported gold catalysts with high ethane selectivity. In this project, plasma jet catalytic reactor system is proven to be effective for methane conversion at low temperature.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発する，多元プラズマジェットによるメタン分子等の個別ラジカル化と，触媒によるラジカル反応の制御技術は，原理的には如何なる分子でもカップリング反応させることが可能で，メタンを用いた有機化合物のメチル化反応等の多彩な反応へ展開が期待できる．今後，日本にとってメタンハイドレートからとれるメタンはこれまで輸入に頼っていた石油資源に代わる，新しい炭化水素源となることが予想されるが，本研究成果はメタン変換技術の一端を担うと確信している．

Research Products

• [Journal Article] Effect of Ligand on Electronic State of Gold in Ligand-Protected Gold Clusters Elucidated by X-ray Absorption Spectroscopy (2020)
  • Author(s): T. Matsuyama, J. Hirayama,Y. Fujiki, S. Kikkawa, W. Kurashige, H. Asakura, N. Kawamura, Y. Negishi, N. Nakatani, K. Hatada, F. Ota, S. Yamazoe
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 125 Issue: 5 Pages: 3143-3149
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c09369
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Base Catalytic Activity of [Nb10O28]6-: Effect of Countercations (2020)
  • Author(s): Hayashi Shun、Yamazoe Seiji、Tsukuda Tatsuya
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 124 Issue: 20 Pages: 10975-10980
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c01488
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 担持Au25クラスター触媒の水素化反応における担体効果 (2020)
  • Author(s): 澁澤一輝, 平山純, 根岸雄一, 佃達哉, 山添誠司
  • Organizer: 第126回触媒討論会
• [Presentation] HERFD-XASによる配位子保護金クラスターの電子状態解明 (2020)
  • Author(s): 松山知樹, 平山純, Sakiat Hossain, 藏重亘, 朝倉博行, 河村直己, 根岸雄一, 中谷直輝, 畑田圭介, 太田蕗子, 山添誠司
  • Organizer: 第23回XAFS討論会
• [Presentation] 放電プラズマ-触媒ハイブリッドシステムによる 穏和な条件下でのメタン直接転換 (2020)
  • Author(s): 菅沼伸哉，堀江玲，江守宗次郎，三浦大樹，佃達哉，山添誠司，宍戸哲也
  • Organizer: 第125回触媒討論会
• [Remarks] 東京都立大学大学院理学研究科化学専攻 無機化学研究室
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/yamazoelab/