2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of a new catalyst group using a hydrogen boride sheet
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18K18989
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
近藤 剛弘 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70373305)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 2次元物質 / ホウ化水素 / ボロファン / 硼素 / ボロン / 固体酸触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，我々が世界で初めて単離生成を実現して2017年に論文発表した新規2次元物質であるホウ化水素（ボロファン）シート[J. Am. Chem. Soc. 139 (2017) 13761.]を用い，新しい触媒材料群を創出することです。ホウ化水素シートは二ホウ化マグネシウム（MgB2）のマグネシウム正イオンと水素の正イオンとをイオン交換して劈開することで生成したシート状の物質です。触媒作用において有利となる表面積が広いという特徴（理論最大値：4068 m2/g）があり，水素がプロトンとして物質内に存在しているため，固体酸の性質を示すという特徴があります。
本年度は昨年度に引き続き，ホウ化水素シートが示す固体酸触媒としての機能のメカニズムを赤外吸収分光で解析し，論文としてまとめました。具体的にはCD3CH2OHとCH3CD2OHという同位体エタノールを用いて赤外分光によるその場観察測定を行い，反応メカニズムの解析を行いました。この結果，エタノールのOH基がまずホウ化水素の水素原子と反応して脱水反応が起こった後，残ったエチル基のメチル部位の水素がホウ化水素によって脱水素反応を受けることでエチレンが形成されることが示されました。すなわち，エタノールの脱水反応はホウ化水素の水素を巻き込んだ反応であることがわかりました。さらに反応の律速が最後の脱水反応であることがアレニウス解析から明らかになりました。これらの結果をまとめた論文がPhysical Chemistry Chemical Physics誌に掲載されました。また，研究計画に沿ってホウ化水素の他の触媒機能の探索を行った結果，水素源がある状況下において二酸化炭素がメタンやエタンへと転換する炭素の水素化反応を低温条件下で起こすことを見出すことに成功しました。以上によりホウ化水素の触媒利用への今後の展開が大きく開けました。
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