2018 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波を活用した担持金クラスター触媒の調製と分子状酸素による高選択的分子変換
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18K05203
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
竹歳 絢子 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 特任准教授 (50533056)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 触媒 / 金クラスター / 金ナノ粒子 / 酸素酸化 / マイクロ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高難度反応のひとつであるベンゼンの直接官能基化が可能となる新しい金触媒の開発を目的としている。金をクラスター化することで、金と担体との接合界面が増えることから、ナノ粒子触媒では見られなかった触媒特性の発現をねらう。担持金クラスター触媒調製の手法として、乾燥過程にマイクロ波照射を用いた。析出沈殿法の乾燥過程にマイクロ波を用いることで、従来法よりも小さな金粒子が担持出来ることを見出している。しかし、マイクロ波吸収効率の高い酸化マンガンでは、従来法よりは小さいものの、焼成後の粒子サイズは4.3 nmと大きくなった。そこで、マイクロ波吸収効率が高いことを利用し、マイクロ波により急速に乾燥から還元まで処理することを検討した。マイクロ波照射時間を延ばしたサンプルの金の状態(価数)をX線吸収分光法により調べたところ、Au(0)に還元されていたのは約２０％だった。完全に還元するにはさらなる条件検討が必要であることがわかった。
また、得られた金触媒を香料となる脂肪族エチルエステルの合成に適用した。反応性の低い脂肪族アルデヒドであるオクタナールとエタノールからのエチルエステル合成をモデル反応とし、種々の金属酸化物に担持した金触媒を用いてスクリーニングを行った。酸化亜鉛担持金触媒を用いると、最も収率よく目的のエチルエステルが得られた。バッチ式の反応器での検討の他、より実用条件に近い連続流通式の反応装置を用いる検討も行った。流通式ではカルボン酸の副生が抑えられ、より高い選択性でエステルが得られた。
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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
当初の目的通り、マイクロ波乾燥という手法を取り入れることで、高活性な金触媒が得られることを見出した。また、得られた金触媒は、香料となる脂肪族エチルエステルの合成に適用できた。しかし、マイクロ波吸収効率の高い酸化マンガンでは未だクラスターサイズに制御出来ていない。マイクロ波吸収効率の高い金属酸化物にも適用可能な手法とするため、乾燥とともに還元処理までマイクロ波照射により行うことを試みたが、さらなる条件検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ波照射により触媒の乾燥が迅速にでき金クラスターとなった。マイクロ波吸収効率の高い金属酸化物にも適用可能な手法とするため、乾燥とともに還元処理までマイクロ波照射により行う条件検討を引き続き行う。また、有機合成反応においてもマイクロ波加熱を用いることで、従来加熱では実現できなかった反応の進行を目指す。ベンゼンからフェノールやアニリンへの直接官能基化の高難度反応への挑戦に向け、ベンゼンよりも反応性の高いトルエンを基質とするアンモ酸化などに適用する。マイクロ波照射の有無による反応性や選択性の違いを評価し、触媒の最適化を図る。
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