| Project/Area Number |
23K13604
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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 | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
西田 吉秀 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10908924)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 二酸化炭素 / 水素 / 水素化 / メタネーション / メタン / 触媒 / 合金 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，カーボンリサイクルに有効なメタネーションにおいて200℃以下で90%以上のメタン収率を与える触媒活性点の創出および解明を目的とする．そのアプローチとして，含浸法をベースとした金属種/組成/担体種に制限されないランダム合金触媒の合成（ボーダーレス合成）を検討する．ランダム合金における金属種/組成/担体種の三次元パラメーターを制御することで反応中間体である-CO種や-CHO種への電子逆供与を変調し，律速段階であるこれら中間体の水素化を促進させる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度に確立した手法で得られた合金触媒を高スループット条件で触媒評価するために，2024年度では始めに評価装置の新規設計を実施し，触媒の前処理から本測定までを半自動で運転可能な装置を完成させた．その後，調製した合金触媒のメタネーション性能を順次評価した．まずは有望な合金触媒の構成元素をスクリーニングするために，触媒担体をアルミナに固定し，触媒性能の違いが分かりやすい高空間速度条件（触媒50 mg, ガス流速 500 mL/min）において試料の評価を実施した．その結果，高空間速度条件のため大半の触媒がCO2の転化開始に比較的高温加熱を要し（~400 ℃），それ故に副反応である逆水性ガスシフト反応が優勢となって，目的であるメタンの選択的生成が歩留まりする様子が見られた．検討した単金属触媒ではロジウム触媒が最も高いメタン収率（12%）を示した．これに対し，本反応に不活性だった白金をロジウムに合金化させた触媒は単金属ロジウム触媒と同等のメタン収率（11%）を示し，構成元素組成に対する非線形な触媒性能の向上が見られた．本結果は，合金化が比較的に安価な白金でロジウムの代替が可能になることを意味しており，コストの観点から優位性があると言える．一方，白金-ロジウムの組み合わせを白金-ルテニウムの組み合わせに変更した場合に，CO選択率が100%となる特徴的な結果が得られた．この結果は，目的生成物に応じて合金の構成元素を変更することにより反応生成物のスイッチングが可能になることを示唆しており，観察された非線形な触媒性能の変化の起源を追跡することが更なる高性能触媒の開発に繋がると期待される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究室主宰者の先生が急逝され，既存研究環境の解体と規模を縮小した環境での装置再セットアップを余儀なくされたため、当初予定よりも研究の進捗に遅れが生じた．
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度では研究環境の再セットアップを余儀なくされたが，触媒の前処理から本測定までを半自動で運転可能な装置を新規に完成させたことから，触媒評価の高スループット化により，2024年度に生じた研究進捗の遅れを挽回する．
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