ベンゼン及び炭化水素類の高選択酸化反応を実現する担持レニウムクラスター触媒の開発

• Project/Area Number: 20686055
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Catalyst/Resource chemical process
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 唯 美津木 Institute for Molecular Science, 准教授 (70396810)
• Project Period (FY): 2008 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥25,350,000 (Direct Cost: ¥19,500,000、Indirect Cost: ¥5,850,000); Fiscal Year 2011: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2010: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2009: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2008: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: レニウム / 酸化物 / クラスター / 担持触媒 / 固定化触媒 / 選択酸化 / 炭化水素 / 構造解析 / XAFS / 反応機構 / フェノール / 固体触媒 / ゼオライト

Research Abstract

本研究の目的は、ゼオライトに担持したレニウム系触媒の選択酸化触媒の開発と同時に、表面に担持された触媒活性金属構造を各種分光法を用いて解析し、触媒調製過程、定常触媒反応過程などにおける触媒活性金属種のダイナミックな構造変化や触媒反応機構、触媒活性構造の速度論を見出すことで、レニウム種や担持金属活性種の働きを理解することを目的としている。そして、新しい触媒開発と並行して、触媒の活性構造や表面での現象を明らかにすることを目指している。本年度は、HZSM-5ゼオライトに担持したレニウム触媒のベンゼンの選択酸化反応過程、及び酸素による触媒活性還元レニウム種の酸化過程におけるin-situ時間分解XAFSの解析を行い、酸化反応雰囲気下における担持レニウム触媒のダイナミックな構造変化とその構造速度論を明らかにした。
また、アンモニアを用いたベンゼンからのフェノール合成に触媒活性を示すZSM-5ゼオライトに担持したレニウム触媒に、第2成分として白金などの貴金属種を加えた担持レニウム系合金触媒について、粉末X線結晶構造解析、Re LIII及びPt LIII端におけるX線吸収微細構造スペクトルの解析を行い、触媒焼成直後、アンモニアによる処理後、定常触媒反応後などの異なるステージにおける担持レニウム種及び白金種の構造の違いを検討した。また、新しく見つかった一酸化二窒素によるベンゼンの選択酸化反応に活性を示す金硫化物ZSM-5ゼオライト担持触媒についても、粉末X線結晶構造解析、拡散反射紫外可視分光スペクトルの解析を行い、触媒調製時の焼成温度やベンゼンと一酸化二窒素との定常反応後の触媒の構造の違い、及び硫化物の有無による違いを検討した。

Research Products

• [Journal Article] Selective Oxidation Catalysis on Rhenium-Oxide Catalysts (2011)
  • Author(s): M.Tada
  • Journal Title: RSC SPR Catalysis Volume: 23 Pages: 316-349
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ Time-Resolved DXAFS for the Determination of Kinetics of Structural Changes of H-ZSM-5-Supported Active Re-Cluster Catalyst in the Direct Phenyl Synthesis from Benzene and O2 (2010)
  • Author(s): M.Tada, Y.Uemura, R.Bal, Y.Inada, M.Nomura, Y.Iwasawa
  • Journal Title: Phys.Chem.Chem.Phys. Volume: 12 Pages: 5701-5706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface-Mediated Design and Catalytic Properties of Active Metal Complexes for Advanced Catalysis Creation (2010)
  • Author(s): M.Tada
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. Volume: 83 Pages: 855-876
  • NAID: 10021083036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ Time-resolved DXAFS for Structural Kinetics of an Active Re-Cluster Catalyst for Direct Phenol Synthesis from Benzene and O2 (2010)
  • Author(s): M.Tada, Y.Uemura, R.Bal, Y.Inada, M.Nomura, Y.Iwasawa
  • Journal Title: Phys.Chem.Chem.Phys. (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] フェノール直接合成触媒の開発-CO2排出量削減に取り組む化学関連製品・技術 (2010)
  • Author(s): 唯美津木, 岩澤康裕
  • Journal Title: 化学経済 1 Pages: 85-89
• [Journal Article] Density Functional Theory Study on the Re Cluster/HZSM-5 Catalysis for Direct Phenol Synthesis from Benzene and Molecular Oxygen : Active Re Structure and Reaction Mechanism (2009)
  • Author(s): T.Sasaki, M.Tada, Y.Iwasawa
  • Journal Title: Topics Catal. 52 Pages: 880-887
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 時間分解XAFS法による触媒表面の動的構造解析と触媒構造速度論 (2009)
  • Author(s): 唯美津木
  • Journal Title: 表面科学 30 Pages: 75-83
  • NAID: 10024945165
• [Journal Article] 担持Re触媒を用いたベンゼンと酸素からのフェノール直接合成反応 (2009)
  • Author(s): 唯美津木, 岩澤康裕
  • Journal Title: 有機合成化学会誌 67 Pages: 643-650
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density Functional Theory Study on the Re Cluster / HZSM-5 Catalysis for Direct Phenol Synthesis from Benzene and Molecular Oxygen : Active Re Structure and Reaction Mechanism
  • Author(s): T. Sasaki, M. Tada, Y. Iwasawa
  • Journal Title: Topics in Catalysis (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] In-situ 時間分解XAFSによる固体触媒の動的構造解析 (2010)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 日本セラミックス協会年会
  • Place of Presentation: 東京(東京農工大)
  • Year and Date: 2010-03-22
• [Presentation] In-situ Time-Resolved XAFS Study for Heterogeneous Catalysis (2010)
  • Author(s): M.Tada
  • Organizer: The 5^<th> Asia-Oceania Forum for Synchrotron Radiation Research
  • Place of Presentation: 浦項(韓国)
• [Presentation] Advanced Design of Supported Metal-complex Catalysts for Selective Oxidation Catalysis (2010)
  • Author(s): M.Tada
  • Organizer: 1st International Conference on Molecular and Functional Catalysis
  • Place of Presentation: シンガポール(シンガポール)
• [Presentation] Direct Phenol Synthesis from Benzene and Oxygen on Supported Re-Pt Catalysts (2010)
  • Author(s): M.Tada
  • Organizer: RSC-CSJ Joint Symposium
  • Place of Presentation: ロンドン(英国)
• [Presentation] Direct Phenol Synthesis from Benzene and O2 on Re-Pt/ZSM-5 Catalysts (2010)
  • Author(s): M.Tada, L.Wang, S.Marwadkar, S.Nagamatsu, Y.Iwasawa
  • Organizer: 6^<th> TOCAT/APCAT
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
• [Presentation] In-situ 時分割XAFSによる触媒構造のリアルタイム解析 (2009)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 第38回未踏科学を探る会(電気化学会関東支部)
  • Place of Presentation: 東京(東京理科大)
  • Year and Date: 2009-10-02
• [Presentation] Advanced Catalyst Design and In-situ Time-resolved Characterization of Metal-complex Catalysts at Surfaces (2009)
  • Author(s): M.Tada
  • Organizer: Surface Science and Catalysis Seminar at UC Berkeley
  • Place of Presentation: 米国、バークレー
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] 高機能実触媒反応時のリアルタイム構造解析 (2009)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 第1回レーザー学会専門委員会
  • Place of Presentation: 岡崎(分子研)
  • Year and Date: 2009-04-22
• [Presentation] 学術から実用につながる新触媒の開発へ!!-触媒表面の分子レベル設計と実触媒のXAFS解析- (2009)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 化学技術戦略推進機構講演会
  • Place of Presentation: 東京(JCII)
  • Year and Date: 2009-04-16
• [Presentation] Direct Phenol Synthesis from Benzene and O_2 on Novel Re Catalysts with Tremendous Performances (2009)
  • Author(s): M. Tada
  • Organizer: 第89回日本化学会アジア国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 日本大学(船橋)
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] 分子状酸素によるベンゼンからの直接フェノール合成 : 高活性ZSM-5担持Re-Ptクラスター触媒の調製 (2009)
  • Author(s): 王林勝, 唯美津木, 岩澤康裕
  • Organizer: 第89回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学(船橋)
  • Year and Date: 2009-03-29
• [Presentation] Novel Molecularly-Organized Catalysts for Selective Oxidation and Reforming (2009)
  • Author(s): M. Tada
  • Organizer: 237^<th> ACS National Meeting
  • Place of Presentation: Salt Lake City (USA)
  • Year and Date: 2009-03-22
• [Presentation] 担持Re触媒を用いたベンゼン直接酸化によるフェノール一段合成 (2009)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 触媒学会高難度選択酸化反応研究会ワークショップ
  • Place of Presentation: 宇部興産葉山寮(逗子)
  • Year and Date: 2009-01-31
• [Presentation] HZSM-5中に固定化したReクラスターのベンゼン酸化-フェノール生成反応の活性構造と反応機構 (2009)
  • Author(s): 佐々木岳彦, 唯美津木, 岩澤康裕
  • Organizer: 第12回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 東京(東京大学)
• [Presentation] 分子状酸素によるベンゼン酸素からの直接フェノール合成:高活性ZSM-5担持Re-Pt触媒の調製とキャラクタリゼーション (2009)
  • Author(s): 王林勝, 唯美津木, S.Marwadkar, 永松伸一, 岩澤康裕
  • Organizer: 第104回触媒討論会
  • Place of Presentation: 宮崎(宮崎大学)
• [Presentation] 分子機能のリアルタイム構造解析 (2009)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 第59回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 長崎(長崎大学)
• [Presentation] ゼオライト担持Re触媒によるベンゼン酸化によるフェノール直接合成 (2008)
  • Author(s): 唯美津木, 岩澤康裕
  • Organizer: 第41回酸化反応討論会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡)
  • Year and Date: 2008-11-28
• [Presentation] SiO_2-Supported Coordinatively-Unsaturated Ru-Complex Catalysts Highly Active for Selective Oxidation Using O_2 (2008)
  • Author(s): M. Tada
  • Organizer: 7^<th> China-Japan Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2008-10-21
• [Presentation] 担持Re触媒によるベンゼンからのフェノール直接合成 (2008)
  • Author(s): 唯美津木
  • Organizer: 第102回触媒討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋)
  • Year and Date: 2008-09-23
• [Presentation] Active Structure and Dynamic Mechanism for Direct Phenol Synthesis from Benzene and O_2 on a Novel Re_<10>(N)_2-Cluster / HZSM-5 Catalyst (2008)
  • Author(s): M. Tada
  • Organizer: 14^<th> International Congress on Catalysis
  • Place of Presentation: Seoul (Korea)
  • Year and Date: 2008-07-15
• [Presentation] Novel Molecularly-Organized Materials for O_2 Activation in Catalysis (2008)
  • Author(s): M. Tada
  • Organizer: 2008 Gordon Research Conference on Catalysis
  • Place of Presentation: New London (USA)
  • Year and Date: 2008-06-23
• [Presentation] Re-Pt触媒によるフェノール合成反応の高選択反応機構の密度汎関数法による研究
  • Author(s): 佐々木岳彦, 唯美津木, 永松伸一, 王林勝, S.Marwadkar, 岩澤康裕
  • Organizer: 第91回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: (開催中止 予稿集発表を持って、発表扱い)
• [Presentation] 酸素と水素を用いたベンゼンハイドロキシレーションによるフェノール直接合成用金属硫化物ナノ粒子触媒
  • Author(s): S.Marwadkar, 唯美津木, 永松伸一, 山本貞明, 岩澤康裕
  • Organizer: 第91回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: (開催中止 予稿集発表を持って、発表扱い)
• [Presentation] Re-Mクラスター/ゼオライト触媒(M:Pt,Pd etc)を用いた分子状酸素によるベンゼンからのフェノール合成
  • Author(s): 王林勝, 唯美津木, 佐々木岳彦, 永松伸一, 岩澤康裕
  • Organizer: 第91回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: (開催中止 予稿集発表を持って、発表扱い)
• [Book] Modern Heterogeneous Oxidation Catalysis (2009)
  • Author(s): M.Tada, Y.Iwasawa
  • Total Pages: 33
  • Publisher: Wiley-VCH
• [Book] Recent Development in Heterogeneous Oxidation Catalysis
  • Author(s): M. Tada, Y. Iwasawa
  • Publisher: Wiley VCH(印刷中)
• [Patent(Industrial Property Rights)] フェノール製造用触媒の製造方法および該触媒を用いたフェノールの製造方法 (2009)
  • Inventor(s): 唯美津木, 岩澤康裕, 王林勝, 及川隆
  • Industrial Property Rights Holder: 唯美津木, 岩澤康裕, 王林勝, 及川隆
  • Industrial Property Number: 2009-055354
  • Filing Date: 2009-03-16