ヒドロキシ基含有鋳型によるゼオライトナノシートの新規合成と触媒開発
| Project/Area Number |
23K23136
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| Project/Area Number (Other) |
22H01868 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
津野地 直 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40758166)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日吉 範人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (50415733)
清水 研一 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60324000)
池田 拓史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (60371019)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
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| Keywords | ゼオライト / ゼオライトナノシート / ヒドロキシ基含有鋳型 / 水熱合成 / 結晶化メカニズム / 触媒 / 吸着材 / 多孔質材料 / 細孔材料 / ナノシート |
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| Outline of Research at the Start |
分子大のミクロ細孔を持つゼオライトは優秀な工業触媒・吸着材である。一方で、ゼオライトの狭いミクロ細孔は反応・吸着対象とする物質の大きさに制限してしまう。本研究では、1～3 nm厚のゼオライトナノシートを構築可能なヒドロキシル基含有鋳型を着眼点とし、様々な骨格構造を持ったゼオライトナノシートの合成・構造解析・触媒応用によって、上述の細孔径の制限を受けないゼオライトの新たな研究領域を開拓する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゼオライトは優秀な工業触媒・吸着材であるが、その小さなミクロ細孔は反応・吸着対象とする物質の大きさに制限をかけてしまう。2 nm程度の厚みを持つゼオライトナノシートは現状最も薄い（粒子径の小さな）ゼオライトであり、この物質の拡散制限による問題を解決することで、従来のゼオライトと比較して格段に高い材料性能やナノシート構造ならではの新規用途を開拓している。一方、ゼオライトはその多種多様な骨格構造を反映して様々な触媒・吸着能を発揮できるにもかかわらず、このナノシート型のゼオライトに関しては、その合成報告が特定の骨格のみに限られている。本研究の目的は、ヒドロキシ基含有鋳型によって、どのような骨格構造・組成・細孔構造・触媒特性を持ったゼオライトナノシート触媒が開発可能かを明らかにすることである。
当該年度においては、本研究にて見出したヒドロキシ基を有する鋳型を用いて合成に成功したシート状ゼオライトに関して、その構造解析および形成機構の解明ならびにその触媒特性評価を行った。ヒドロキシ基含有鋳型の分子構造を変化させることによって、得られるゼオライトの骨格構造、組成および粒子形態に大きな影響が出ることを明らかにした。また、ゼオライトの形成過程調査のため、鋳型分子とゼオライトとの相互作用に着目し、固体NMRおよび理論計算による構造推定を行った。その結果、表面におけるヒドロキシ基を起点とした2官能性相互作用がゼオライトナノシートの形成に重要な役割を持っていることが明らかとなった。触媒用途への開拓を目的として、材料のプロトン伝導性、低温における炭化水素の活性化等の評価を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画予定であった有機鋳型を用いて合成したゼオライトの構造解析を完了し、さらにその形成過程の調査と触媒用途の検討も行っているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
（A)ゼオライトの骨格構造は、合成中に有機鋳型を取り囲むように集合したシリケート中間体が縮合することで形成され、この集合状態と形成される骨格構造には鋳型の立体的な分子構造が関与する。そこで、ヒドロキシ基を含有した鋳型に関して、アルキル基の長さ
、ヒドロキシ基の個数、ヒドロキシ基の結合位置を変更し、様々な骨格構造を持つゼオライトナノシートの合成を検討する。見いだされた合成結果から検討する合成系を絞り込み、得られたゼオライトナノシートの更なる合成条件最適化および形成過程の調査を行う。
（B)得られたゼオライトナノシートの結晶性、巨視的な粒子形態、骨格元素の化学状態をXRD、SEM、各種固体NMRによって確認し、Arガス吸着とコンピューターシミュレーション(GCMC)法を組み合わせることで、ゼオライト骨格内およびゼオライトナノシート間に存在する大きさの異なる細孔を評価する。初期段階で得られたゼオライトナノシートの局所的な秩序構造およびシート内の構造解析に関しても、二次元NMRや高分解能TEM解析を用い、並行して検討する。本年度は、現在得られている複数種のゼオライトナノシートに対して、多角的な構造解析を行い、それぞれのナノシートの構造的特徴を明らかにする。
（C)触媒の外表面と外表面近傍の固体酸性質評価のために、トリイソプロピルベンゼン等のかさ高い基質を用いたテスト反応を行う。さらに、得られたゼオライトナノシートの基礎物性情報、その場観察、理論計算にて得られたデータを参照し、本材料特有の触媒特性を見出すための反応系を探索する。本年度は、すでに得られている、複数種のゼオライトナノシートに対して上記反応を適用し、将来的な応用反応に向けた基礎知見を得る。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
