2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly efficient catalytic systems based on cooperative action by metals and oxoanions
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18H01786
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鎌田 慶吾 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40451801)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、孤立したオキソアニオンのもつ塩基性に由来した求核剤やCO2などの特異的分子活性化能に着目し、「オキソアニオンを構成ユニットとする金属オキソアニオン複合触媒の合成」と「オキソアニオンに隣接する金属との共同触媒作用を利用した新しい触媒反応系の開発」を目的としている。３ｄ金属ホスフェートの合成に、昨年度報告した希土類ホスフェートと同様の水熱法を用いることはできない。例えば、Zn(NO3)2と(NH4)2HPO4との反応では高結晶性のZn3(PO4)2・4H2Oが析出するため、高表面積化や組成比変更が困難である。本年度は、カルボン酸類を金属分散剤として用いた手法による様々な３ｄ金属ホスフェート触媒合成への適用性を検討し、XRD、元素分析および吸着測定を用いて、合成した３ｄ金属ホスフェート触媒のキャラクタリゼーションを行った。金属とリン源のモル比を変更し、リンゴ酸・アスパラギン酸・クエン酸などのカルボン酸を用いることでアモルファス前駆体が得られ、焼成することで比較的大きな表面積（6～22 m2/g）をもつ１１種類の３ｄ金属ホスフェートの合成に成功した。中でも、5-ヒドロキシメチルフルフラールとメタノールを用いたアセタール化反応において、FePO4がCePO4よりも表面積が小さいにも関わらず、高い触媒活性を示した。アセトン吸着IR測定から、希土類イオンよりもイオン半径が小さい3d遷移金属イオンが硬い酸として機能するためであると考えられる。
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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
昨年度までに確立した種々のランタノイド金属を含む希土類ホスフェートの合成に適用できる水熱法は３ｄ金属ホスフェートには適用できなかったが、カルボン酸を用いた３ｄ金属ホスフェートの合成法を確立することができた。また、アセタール化反応などの酸塩基反応に対して硬い酸である３ｄ金属ホスフェートの有用性について確認しつつあり、おおむね順調に進展してると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでに合成した希土類ホスフェートや３ｄ金属ホスフェートの高機能化（配向制御、高表面積化など）を継続して行いつつも、液相酸塩基触媒反応や気相選択酸化反応などの触媒反応への応用展開を検討し、金属ホスフェートの特長を活かした触媒反応系の構築を目指す。
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