Novel Catalytic Process based on the hydrogen spillover phenomena

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Surface hydrogen engineering: Utilization of spillover hydrogen and verification of quantum tunneling effect
• Project/Area Number: 21H05099
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Motokura Ken 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90444067)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荻原 仁志 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60452009)
• Project Period (FY): 2021-08-23 – 2024-03-31
• Keywords: 固体酸触媒 / 担持金属触媒 / 水素スピルオーバー / 還元反応 / 酸化反応

Outline of Final Research Achievements

Several catalytic reaction systems for dehydrogenative/hydrogenative reaction accelerated by hydrogen spillover were developed. For example, palladium nanoparticles immobilized on outer surface of zeolite was prepared, and acted as a highly active catalysts for direct aromatic alkylation with alkanes through hydrogen transfer between acid site and Pd nanoparticles. In addition, CO2 hydrogenation reaction with active Si-H species on silicon surface and novel bimetallic nanoparticles formed via hydrogen spillover process were reported.

Free Research Field

触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水素スピルオーバーとは、固体表面を活性な水素種が高速で移動する現象を指す。固体表面で進行する触媒反応は、水素スピルーバー現象を活用することで大幅に促進される。例えば、アルカンとベンゼンの脱水素カップリング反応では、酸点でアルカンから引き抜かれた水素種が触媒表面を高速で拡散し、金属粒子表面で再結合して水素分子となる。本研究ではこの反応経路に基づいて、酸点とパラジウムナノ粒子が共存する触媒を開発し、脱水素カップリング反応に活用した。これらの成果は、高効率な物質生産に寄与するだけでなく、これまでブラックボックスとされてきた触媒反応に寄与する水素種の挙動を明らかにした点で重要な成果である。