2020 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of relationship between catalyst structure and catalytic activity over Mo-based mixed metal oxide
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18K14058
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
石川 理史 神奈川大学, 工学部, 助教 (60813350)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶性Mo3VOx複合酸化物 / ε-Keggin型ヘテロポリ酸 / 元素多様性 / 酸化触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では結晶性Mo3VO11.2複合酸化物（C-MoVO）およびε-Keggin型ヘテロポリ酸で構成される結晶性Mo12M3O40(ε-MoMO)への金属導入および骨格金属置換に立脚した高活性な触媒創出を目的とした。
C-MoVOに関する研究ではアクロレイン（ACR）選択酸化反応をターゲットとした。本反応ではMo、Vを主元素とし、これにWやCuなどの添加金属が加えられた多元系Mo-V複合酸化物が工業触媒として用いられている。これまでの研究により、C-MoVOは工業触媒を凌駕する触媒活性を示すこと、結晶構造中の7員環近傍で反応が進行することが分かっている。本研究ではC-MoVOの結晶構造を保ったままWおよびCuの導入に成功した。C-MoVOは水分圧を減少させるとACR酸化活性が大きく減少したが、Wを導入することでその様な減少は見られなくなった。Wの導入により水の解離吸着が促進されたことに起因する。Cuの導入によりACR転化率は微減した。一方、アクリル酸（AA）選択率は92%程度から97%程度へ増大した。WおよびCuの双方の触媒作用を併せ持つC-MoVWCuOと工業用モデル触媒のMoVWCuSbOを比較したところ、これらは同様の物理化学的性質を示し、かつ同様の触媒局所構造を備えていた。以上のことから、C-MoVWCuOが本反応における工業実触媒の真の触媒活性構造と結論した。
ε-MoMOに関する研究では、Mを様々に変えた種々試料を合成し、これにFe2+を導入して酸素吸着測定を行った。Mの種類によって酸素吸着能は著しく異なった。様々な分析により、Fe2+は分子酸素の開裂を促進することが分かった。Mがレドックス可能な元素の場合、開裂した酸素原子がバルク内に運ばれ、バルク全体が酸化されることが分かった。触媒の再酸化作用を考察する上で貴重な知見が得られた。
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