| Project/Area Number |
22K14539
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Yabe Tomohiro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40803234)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | メタン / 選択酸化 / ポリオキソメタレート / サブナノクラスター / 酸化鉄 / ホルムアルデヒド / セシウム塩 / ナノクラスター / ミューオキソ / メタノール |
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| Outline of Research at the Start |
欠損型ポリオキソメタレート(POM)を鋳型として複数のミューオキソ構造を有する金属多核活性点を精密に設計し、架橋酸素の反応性を制御することで、難反応性低分子の選択酸化反応を提案する。1原子単位で構造を制御して狙ったPOMを合成し、オンデマンド・高選択的に酸素から活性酸素種を作る。まず架橋酸素の反応性を制御したミューオキソ構造を有する金属置換POMを精密に設計し、酸化物に担持することで高効率な固体触媒を創出する。従来型のバルク酸化物触媒や金属担持触媒とは一線を画した、ミューオキソ構造を有する金属置換POM触媒による選択酸化反応を確立させ、ビルドアップ型触媒設計における新たな学理を体系化する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, multiple μ-oxo structures were designed using lacunary polyoxometalates as molecular templates to create metal multinuclear active sites. By controlling the reactivity of the bridging oxygen, selective oxidation of methane by oxygen was achieved. Iron-containing polyoxometalate catalysts, specifically those with fewer nuclei, were designed to have the targeted μ-oxo structures by controlling at the atomic level and were highly dispersed on oxides. It was found that this method resulted in the formation of highly dispersed Fe-μ-oxo structures. In these highly dispersed Fe-μ-oxo structures, the reaction mechanism supposed to involve the direct activation of oxygen, rather than the Mars-van Krevelen mechanism, which primarily proceeds through lattice oxygen in bulk oxides. This strategy establishes one approach for controlling the reactivity of bridging oxygen.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、1原子単位で構造を制御して狙ったμ-オキソ構造を有する金属多核活性点を設計したポリオキソメタレート触媒を酸化物に高分散に担持することによって、非常に高分散なFe-μ-oxo構造の形成やメタン選択酸化における触媒特性を調べた。前駆体であるポリオキソメタレート中の鉄の核数が小さいほど目的の架橋酸素が効率よく形成することを見出し、メタン選択酸化活性が髙い架橋酸素を豊富に有する触媒設計指針が得られた。メタン酸化は生成物の反応性が原料よりも高いために反応の制御が難しく工業化が難しい。本触媒系はこの問題点を解決する一助になると考えられるため、社会的に意義深い成果が得られた。
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