2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Environment-friendly Catalysts Converting Materials and Energies
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16H04117
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
増田 秀樹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50209441)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪股 智彦 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40397493)
小澤 智宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70270999)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 窒素活性化 / 炭酸ガス活性化 / 窒素ーアンモニア変換 / 炭酸ガスーメタノール変換 / イオン液体 / イオン液体修飾電極反応場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素、酸素、窒素、炭酸ガス等のエネルギー分子の活性化・変換について研究を遂行した。特に、窒素のアンモニアへの変換については、チタノセンを触媒として用い、イオン液体中での反応について検討しており、これまで有機溶媒中ではチタンによるアンモニアへの変換は知られていなかったが、イオン液体中では変換されることが分かった。また、金属への配位性および非配位性イオン液体を用いた場合では、非配位性イオン液体で遂行した場合、窒素分子のチタンへの配位がESRスペクトルを用いて、初めて見出すことに成功した。また、イミノフォスフォラン配位子のコバルト錯体を窒素雰囲気下で反応合成したところ、単核コバルト錯体への窒素の配位がＸ線結晶構造およびＩＲスペクトル等から確認された。この窒素錯体はシリルメチル化法により、アンモニアへの変換が確認された。この時の変換はTON２７０回程度以上と、極めて高い触媒反応であることが明らかとなった。このTONは現時点で世界のチャンピョンデータである。このコバルト錯体への窒素の結合は固体中でも見出されており、触媒反応としては極めて有利な反応系となることが期待される。さらに、この触媒反応において錯体分子の分解は見られず、更に追加反応も進行することがわかり、今後の配位子の改良により、高効率高活性な触媒への展開が期待される。また、炭酸ガスの変換については、イオン液体修飾電極を用い、イミダゾール存在下で炭酸ガスを反応させたところ、メタノールへの高効率な変換が確認された。しかも、過電圧が-0.32 Vと、均一系に比して極めて低いあ値を示した。これにより、小分子活性化反応において、イオン液体反応場が小分子の変換において活性化エネルギーの低減に効果があることを、窒素および炭酸ガスの変換反応を通して明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
（１）窒素の変換については、イオン液体を用いることで、これまで知られていなかったチタノセンへの窒素の結合の確認に成功した。
（２）窒素のアンモニアへの変換反応において、イミノフォスフォランコバルト錯体により遂行したところ、極めて高い触媒反応性を示すことが分かった。
（３）イオン液体修飾電極上にイミダゾールを担持し、炭酸ガスを電気化学的に還元したところ、低い過電圧で、メタノールを生成することを見出した、これは、メタノール生産についての極めて革新的な反応である。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン液体を用いることによる触媒反応系の活性化エネルギーの低減に効果があることが示され、今後の同様の反応系への展開応用が期待されるなど、新しい反応系の構築に大きな貢献をすると考えており、今後、他の小分子活性化・変換へ展開する予定である。
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