2019 Fiscal Year Annual Research Report
高性能触媒創出の可能性を飛躍的に拡げる新規ゼオライト合成法の開発
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19H02513
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
窪田 好浩 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (30283279)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 拓史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60371019)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 新型ゼオライト / 合成 / 構造解析 / 高性能触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粉末X線回折と固体MAS NMR分光法を用いた構造解析により、アンモニウムイオン交換と酸処理によりゼオライトYNU-5の結晶構造がどのように変化するかを検討した。 焼成サンプルにおける元素比はYNU-5はSi/Al=9.0, K/Al<0.52, Na/Al<0.12であり、アンモニウムイオン交換サンプルの場合はSi/Al=9.3, K/Al<0.03, Na/Al<0.03であった。 すなわち、脱アルミニウムを抑制しながら、ほとんどのアルカリ金属カチオンがアンモニウムイオンに交換された。 攪拌条件下（穏やかな脱アルミニウム条件）で2.0 M硝酸中353Kで2時間酸処理すると脱アルミニウムが起こり、Si/Alが39.4に増加し、ほぼすべてのアルカリ金属イオンが除去された（K/Al<0.3, Na/Al<0.2）。13.4 Mの硝酸中で24時間、還流条件下（厳しい脱アルミニウム条件）で処理すると、高度な脱Al（Si/Al≒300）がおこり、アルカリ金属イオンはほとんど検出されなかった。 リートベルト法による構造精密化は、穏やかな酸処理条件後のサンプルの脱AlによるSiサイト欠損の存在を示唆した。 対照的に、より厳しい酸処理条件の後には、シラノール基を含む少量のQ3 サイトの存在が29SiMAS NMRで認識されたにもかかわらず、特定のTサイトの欠損はほとんど検出されなかった。この事実は、ほぼすべてのAl原子がナノポアに移動したSi原子で置き換えられたことを示唆している。欠損ははいずれのTサイトにも均一に分布するものと解釈される。 還流酸処理により、高い構造安定性と高い結晶性を維持しつつ、YNU-5のAlをほとんど除くことができたことになる。
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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
概要に示した成果と並行して、フィッティングが良く適度な親疎水性もつ有機構造を設計・合成して用いることを検討し、従来にない結晶性・構造安定性・化学組成をもつゼオライトを合成することに成功した。これと上記の概要と合わせると、当初の計画以上に進展していることになるが、遅れている部分もあるため、平均すると「(2)おおむね順調に進展している」が妥当である。
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| Strategy for Future Research Activity |
概要欄で述べた高度脱Alサンプルについて、様々な角度から解析を進め、今後の設計指針として活かすべく情報収集を続ける。並行して、設計した有機の構造規定剤の短工程での合成法を確立する。所望のゼオライト骨格を得るためには，フィッティングの良い有機構造を設計・合成する。この際，親水性・疎水性も重要な要因なので，並行して検討する。YNU-5の合成戦略をさらに進化させることにより，新規ゼオライト合成に関してさらなる進展を図ることができる。フィッティングが良い，すなわちホスト・ゲスト相互作用が強い場合，核形成が活発化し，粒子径も触媒応用に適した小さいものとなる点で，好都合である。新規ゼオライトの結晶構造解析は，粉末Ｘ線回折法，固体核磁気共鳴法，透過走査型電子顕微鏡法を駆使して行う。加えて，大域的最適化法（実空間法）による未知構造解析および固体NMRでのMQHETCOR-DFS-CPMGシーケンスによる骨格原子のコネクティビティ解析への取り組みを本格化させ，構造解析の質的レベルアップを図りつつ，合成研究を推進する。
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