2019 Fiscal Year Annual Research Report
Preparation of nitrogen-doped carbon as metal-free catalysts having various functions.
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17K06911
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤田 進一郎 北海道大学, 工学研究院, 講師 (80156869)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 触媒反応 / 固体塩基触媒 / 炭酸ジメチル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
種々の化学反応には遷移金属,金属酸化物,アルカリ化合物などが触媒として用いられている。本研究は，これらを含まない炭素－窒素（－酸素）を構成成分とする多機能な炭素触媒の開発とその活性発現機構の解明を目標とする。そのために，市販の活性炭あるいは窒素含有ポリマーから窒素ドープカーボンを調製し，炭素原子の化学的・電子的状態を変え，多様な触媒活性を発現させる。さらに，窒素ドープ条件と触媒性能の関係を明らかにすると共に，種々の方法によるカーボン触媒の状態分析により活性点構造を明らかにする。初年度はアンモオキシデーション法で窒素ドープした活性炭を用いて，種々の反応基質を対象として空気酸化とヒドラジンによる還元反応を行ったが，適用可能な反応基質は限られており，この触媒の汎用性を広げるためにはさらに反応条件の検討が必要であることが分かった。昨年度は市販の活性炭担持ポリアニリンを焼成，アンモニア処理することで窒素ドープカーボンを調製し，メタノールと炭酸エチレンから炭酸ジメチルを合成するエステル交換反応を行った。この触媒は，従来報告されていた金属酸化物系の固体塩基触媒（140℃程度）よりも低い温度（80℃）でも高い活性を示し，固体塩基触媒として有望であることが分かった。
今年度は活性炭担持ポリアニリンから調製した窒素ドープ炭素触媒の空気酸化やヒドラジンによる還元反応に対する触媒性能を調べたが，良い反応成績は得られなかった。そこで，最近報告されているメラミンからの窒素ドープ炭素触媒の調製とその触媒としての利用も試みた。この触媒はエステル交換，キサンテン空気酸化には活性炭由来の触媒と同程度の活性であったが，ヒドラジンによるニトロベンゼン還元にはより高い活性を示した。現段階ではなぜこのような高い活性が得られたかは不明である。
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