化学反応データ計測とベイズ推定によるデータ駆動反応化学の確立

• Project Area: Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
• Project/Area Number: 26120509
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐々木 岳彦 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (90242099)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 反応速度論 / メタン部分酸化 / ドライリフォーミング / XAFS / DFT / 反応速度計測 / Ru触媒 / Pt触媒

Outline of Annual Research Achievements

固体触媒の反応速度論的データを計測するための生成物時間分析法TAPによるデータ計測と、反応が進行している状態について、生成物の分析とQXAFS測定を同時に行うための生成物同時計測XAFSシステムの開発を行った。メタン部分酸化反応にはメタンと酸素が直接反応して一酸化炭素と水素が生成する経路とメタンと酸素が反応して二酸化炭素と水が生成しその二酸化炭素とメタンが改質反応（ドライリフォーミング反応）を起こす間接的な反応経路が考えられている。そこで本研究は、高いメタン部分酸化反応活性を示すRu系触媒を用いてその反応機構についてTAP装置によって検討した。Ru/Al2O3上でのメタン部分酸化反応をTAP装置のパルス実験でメタンの転換率と生成物の選択率及びH2/CO比を得た。反応温度の上昇に従って、メタンの転換率、一酸化炭素及び水素の選択率も上昇し二酸化炭素の選択率は低下する事が確認出来た。また、生成物のピークに特徴的な構造が示されることと、ドライリフォーミングに対応する過程も含まれることが測定から明らかとなった。
生成物同時計測XAFSシステムの開発、立ち上げ及び実際の触媒反応を高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所放射光施設で行った。パルス状の反応ガスを触媒層に送りミリ秒の時間分解能で生成ガスを検出する生成物時間分析法を基盤とし、反応のキネティクス計測と同時にXAFS測定を行うことによって、反応活性と直接対応する構造情報が得られる。
密度汎関数法によるモデリングでアンモニア存在下でPtクラスターのベンゼンと酸素からフェノール生成の触媒作用について活性構造と遷移状態を明らかにした。また、Pdを含有する固定化イオン液体触媒の構造と還元触媒作用についても検討を行った。これらの実験データとキネティクスモデリングおよびDFTモデリングとの比較検討が今後期待される。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Institute of Chemical Technology(インド)
• [Journal Article] Immobilized Iron Metal-Containing Ionic Liquid-Catalyzed Chemoselective Transfer Hydrogenation of Nitroarenes into Anilines (2016)
  • Author(s): Nilesh M. Patil, Takehiko Sasaki, and Bhalchandra M. Bhanage
  • Journal Title: ACS Sustainable Chem. Eng. Volume: 4 Issue: 2 Pages: 429-436
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.5b01453
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Active Pt Cluster Structure and Reaction Pathway for Selective Phenol Synthesis from Benzene and O2 Regulated with NH3 on Pt cluster/β-Zeolite Catalyst Studied by DFT Calculations (2015)
  • Author(s): T. Sasaki, M. Tada, L. Wang, S. Malwadkar, Y. Iwasawa
  • Journal Title: Chemistry-An Asian Journal Volume: 10 Issue: 10 Pages: 2283-2291
  • DOI: 10.1002/asia.201500323
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Immobilized Palladium ion containing ionic liquids on SBA-15 (2016)
  • Author(s): KUSUMAWATI, Etty Nurlia; BHANAGE, Bhalchandra Mahadeo; SASAKI, Takehiko
  • Organizer: 日本化学会第９６春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学（京田辺校地）（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 生成物時間分析によるRu系触媒のメタン部分酸化反応機構の研究 (2014)
  • Author(s): 板子健太郎・佐々木岳彦
  • Organizer: 触媒討論会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27