New catalyst design method based on semiconductor heterojunctions

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22078
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kishimoto Fuminao 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00835738)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 半導体ヘテロ接合 / ナノシート / 酸化タングステン / オレフィンメタセシス

Outline of Final Research Achievements

In this study, we immobilized atomic layer-thick (~1 nm) tungsten oxide nanosheets on a substrate to demonstrate the catalytic reaction based on the unique electronic state of the nanosheets. The electronic state of the nanosheets was quantitatively clarified by X-ray photoelectron spectroscopy and Kelvin probe force microscopy, revealing that the electronic state of the nanosheets depends on that of the substrate. The catalytic activity of the tungstic acid nanosheets immobilized on SiO2 particle supports for the olefin metathesis reaction was successfully demonstrated.

Free Research Field

固体触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高難度な化学反応を進行させるために不可欠な固体触媒において、その電子状態は触媒活性に大きな影響を与える。本研究では、異なる2つの物質(触媒)を接合させることで、電子状態を大きく変化させることが可能であることを、高度な測定手法によって実証することに成功した。この触媒が、近年世界的に不足しているプロピレンをエチレンを原料として製造することができるオレフィンメタセシス反応に利用できることを実証した。すなわち、異種物質の接合による電子状態制御によって固体触媒設計が可能であることを新たに開拓した。