2017 Fiscal Year Annual Research Report
Design of metal/oxide interface for reductive conversion of carbon dioxide and biomass into chemicals
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17H01341
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
清水 研一 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60324000)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 森也 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (10634983)
Siddiki Hakim 北海道大学, 触媒科学研究所, 特任助教 (60722650)
鳥屋尾 隆 北海道大学, 触媒科学研究所, 助教 (80775388)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 天然炭素資源 / 触媒 / 二酸化炭素 / バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然物から直接入手できる炭素資源 (油脂、カルボン酸、CO2)および、CO2から製造可能な炭素源（メタノール）を入手容易な軽分子(水素、アンモニア、ニトリル)と反応させて、化学品を選択的に合成する触媒反応系(1)～(8)の構築を目的とした。(1) カルボン酸水素化によるアルコール合成。(2) カルボン酸（油脂）水素化によるアルカン合成。(3) メタノールをメチル化剤に用いたサステナブルなC-C結合形成。(4) レブリン酸とニトリルからのラクタム合成。(5) 油脂、NH3からのアミド合成。(6) 油脂、NH3からのニトリル合成。(7) 油脂、NH3、水素からのアミン合成。(8) CO2水素化によるメタノール合成。各系の触媒スクリーニングを行い、最適触媒を発見した後、条件の最適化を行った。
(1)に有効なRe/TiO2触媒,(2)と(4)に有効なPt-MoOx/TiO2触媒,(3)に有効なPt/C触媒を発見し，成果を論文にて報告した。(1)の系は、芳香環などのC=C結合共存下でカルボキシル基を選択的にアルコールに変換することに特徴がある。理論化学的アプローチも行い、触媒設計の方策を論文にて報告した。(2)-(4)に関しても、反応機構、触媒活性種構造に関する基礎的知見を得た。
(5)-(8)に関しては，最適化の途上であり，来年度、論文発表に向けて研究を継続する。
なお、上記反応はすべて、バルクケミカルズまたは量産製品（洗剤・シャンプー等）の成分（長鎖アルコール、アミン）を一段プロセスで製造する工業的に重要な反応である。また、上記反応は水素化、結合形成(または解離)等の複数過程を同一触媒、同一容器で行う高難度反応であり、学術的にも挑戦的な系である。
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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
計画していた反応系の内、４つの系に関して論文報告に至った。残り４種の系は新規反応３種を含むため難易度が高いが、予備実験により、すべての系で収率６０％を超えることに成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(5) 油脂、NH3からのアミド合成、(6) 油脂、NH3からのニトリル合成、(7) 油脂、NH3、水素からのアミン合成、(8) CO2水素化によるメタノール合成の４反応に関して、論文発表に向けて研究を継続する。(5)-(7)は報告例のない新規反応であり、難易度が高いが、予備実験により、すべての系で収率６０％を超えることに成功している。(8)の系でも、従来報告より低温で70%の高収率を示す触媒を発見した。触媒構造や反応メカニズムの研究を行い、触媒設計のための基礎的知見を蓄積し、論文発表する。
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[Journal Article] Rhenium-loaded TiO2: A highly versatile and chemoselective catalyst for the hydrogenation of carboxylic acid derivatives and the N-methylation of amines using H2 and CO22017
Author(s)
Takashi Toyao, SMAH Siddiki, Yoshitsugu Morita, Takashi Kamachi, Abeda. S. Touchy, Wataru Onodera, Kenichi Kon, Shinya Furukawa, Hiroko Ariga, Kiyotaka Asakura, Kazunari Yoshizawa, Ken-ichi Shimizu
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Journal Title
Chemistry A European Journal
Volume: 23
Pages: 14848-14859
DOI
Peer Reviewed
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