2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of specific catalysis of boron nitride
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18H01785
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
高垣 敦 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30456157)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 真明 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授(テニュアトラック) (00582206)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 窒化ホウ素 / 熱分解 / 固体塩基触媒 / ニトロアルドール反応 / B-K XAFS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では従来不活性と考えられていた六方晶窒化ホウ素の新たな触媒作用について明らかにすることを目的としている。本年度は、ホウ酸と尿素等の含窒素化合物を用いて、熱分解法により高表面積を有する窒化ホウ素を合成し、その固体塩基性について検討した。ホウ酸と尿素を縮合し、アンモニア気流中高温で加熱することで、窒化ホウ素触媒を得た。ホウ酸と尿素のモル比により表面積や細孔構造が大きく変化した。また、尿素の代わりにヘキサメチレンテトラミンなどを用いても窒化ホウ素を合成した。この場合は試料中に炭素や酸素が多く含まれていた。熱分解法により合成した窒化ホウ素も、ボールミル処理窒化ホウ素と同様に表面にアミノ基と水酸基を有していることがわかった。指示薬法により固体塩基性を評価したところ、塩基性は非常に低く、+7.2> H_ > +6.3であり、ボールミル処理窒化ホウ素よりも低かった。重クロロホルム(CDCl3)を吸着させたFTIR測定では、C-D伸縮振動のシフトが観測され固体塩基性が確認されたが、シフト値から窒化ホウ素の塩基性はアルミナと同程度であることがわかった。熱分解法により合成した窒化ホウ素触媒はニトロアルドール反応やクネーフェナーゲル縮合反応に活性を示した。ニトロアルドール反応では、ニトロアルケンが高選択的(>97%)に生成した。触媒活性と細孔構造によい相関があることが示唆された。軟X線吸収微細構造測定により、BN3サイトだけでなく、BN2O, BNO2, BO3サイトが含まれていることがわかった。
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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
当初の予定通り、熱分解法により高表面積を有する窒化ホウ素を合成し、固体塩基触媒としての特性を評価した。また、様々な手法によるキャラクタリゼーションも進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は最終年度にあたる。これまで得られた知見を総合的にとらえ、触媒の高機能化をはかる。
①触媒合成：これまでトップダウンプロセスとしてボールミル処理により、ボトムアッププロセスとして熱分解法により、それぞれ高表面積の窒化ホウ素を合成してきた。細孔制御により活性および生成物選択性の向上を図る。また、炭素や酸素がドープされた材料を合成し、酸塩基性の精密制御や、欠陥サイトの導入を図る。
②キャラクタリゼーション：固体NMRや軟X線XAFSにより高度な物性評価が可能になってきた。さらに解析を進め反応活性サイトの詳細な議論ができるようにする。
③触媒反応：酸塩基テスト反応により合成した触媒の基礎性能を評価する。また、二酸化炭素を基質とした種々反応を実施する。
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