2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of organic-inorganic composites as an acid-base catalyst using layered perovskite-type compounds
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19K05147
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
小笠原 正剛 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (40431613)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 純雄 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (50233797)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Knoevenagel反応 / 酸塩基両特性 / 臨界ミセル濃度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの検討により得られた知見を活かして，HCa2Nb3O10のBサイトカチオンであるNb5+の一部をAl3+に置換した酸素欠損組成について検討し21日間のアニール処理も行ったが，この無機種から得られた複合体ではHCa2Nb3O10よりも高い塩基触媒活性を示さなかった。一方，AサイトカチオンであるCa2+を希土類Ln（La3+,Nd3+）とNa+に置換したHLnNaNb3O10を無機種として評価したところ，HCa2Nb3O10を無機種とした複合体と同等の塩基触媒活性を示すことが分かった。
有機無機複合体の層間に含まれる有機種は，塩基点の形成因子あるとともに複合体の構造支持体であるために，有機種量を自在に変えることが難しかった。これは，構造を維持するには一定の有機種量が必要なためと考えられる。そこで，昨年度から着手した層間架橋体を無機種とした検討について，本年度は高い比表面積を活かす観点で酸塩基両機能触媒の調製を試みた。複合体に用いる有機種を変えた検討においては，炭素数の多い長鎖アルキル基を有する第四級アンモニウムを用いると，層間空隙が閉塞し280 m2/g程度の比表面積が10 m2/g以下まで減少したが，炭素数の少ない第四級アンモニウムでは200 m2/g以上の比表面積を維持することが分かった。このとき，有機種の臨界ミセル濃度が複合体の有機種含有量に影響を及ぼすと推定された。臨界ミセル濃度以下で濃度を変えると有機種含有量の異なる複合体が得られ，有機種量によって塩基触媒として用いたときの生成物収率が変化することが分かった。また，有機種のサイズや含有量は酸触媒活性に影響を与えることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
有機無機複合体の無機種として用いる層状化合物の組成によって，塩基触媒活性が変化することが明らかになっているが，狙った置換量や構造の層状化合物が得られず試行錯誤したこともあり，層状化合物そのものを無機種とした検討では，一昨年度までに比べて明らかに触媒活性の高い複合体を調製することが出来なかった。一方で，層間架橋体としてから複合化処理することで高比表面積を活かすことが出来，酸塩基両機能に良い効果を与えることが示唆されており，触媒調製に関する新たな基礎的知見が得られたと考えている。得られた触媒の化学特性を活かした応用に関する検討が遅れているが，研究開始当初に予期していなかった物性変化も観測されていることから，総合的に考察し評価していく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに層状ペロブスカイト型化合物の組成に注目した評価を継続してきたほか，層間架橋体を無機種とした実験から新しい知見が得られた。層間架橋体に関する研究はHCa2Nb3O10でのみ行っており，最適化した組成の層状化合物を用いて架橋体とすることで，さらなる触媒活性の向上が期待される。また，有機種との最適な組み合わせに関しては未検討なことが多く，無機種を絞って実験したいと考えている。
テストリアクションによる機能性評価では，特に酸触媒活性について注目していく。また，応用に関する検討のため，均一系塩基触媒で報告例がある反応系での触媒活性を評価する。さらに，使用可能条件に関する知見を得るため，耐熱性等の安定性についての基礎的な評価実験を行う。
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| Causes of Carryover |
（状況）
新型コロナウイルス感染症対策のため大学の研究設備の使用について制限が継続されており，現状にあわせて実験内容を変えたことや，今年度初期に検討した結晶構造制御による触媒活性向上が難しかったことから材料設計指針を一部見直し，新たな器具の購入が不要になったこともあり消耗品費が予定よりも少なくなった。オンラインで研究発表会等が行われたことや，県外出張が難しい状況だったため旅費の使用が無かった。
（使用計画）
これまでに得られている有機無機複合体について，酸塩基両特性の機能評価に注力する予定であるため，必要なガラス器具，試薬等の購入に充当する。また，新たに導入された分析機器を活用して構造評価することも可能になったことから，本研究の試料を測定するための費用として使用する。
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