2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of non-noble metal-hydride catalysts for alkane dehydrogenations
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20H02518
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
前野 禅 北海道大学, 触媒科学研究所, 特任講師 (30721154)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面ヒドリド / 卑金属元素 / 典型金属元素 / 水素化物 / ゼオライト / 脱水素反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脱水素反応に対する金属水素化物の触媒研究は従来系（金属・金属酸化物）に比べて極端に少ない未開拓領域である。我々はTiH2がプロパン脱水素反応を著しく低い活性化エネルギーで促進することを見出した。TiH2を含む種々のTi化合物を用いて、比較的低温である450℃にてプロパン脱水素反応を検討した．TiH2は脱水素反応を促進し、ボールミル処理により比表面積を増大させると、プロピレン生成速度も増大した。TiO2やTiNではほとんど反応が進行しなかったことから、水素化物が特異的に低温でプロパン脱水素反応を促進できることが分かった。しかしながら、反応時間の延長に伴い、プロピレン生成速度が低下した。反応前後のXRD測定から、TiH2からの水素放出によりTi metalへ構造が変化した。そこで、H2共存下でプロパン脱水素反応を検討したところ、H2分圧の増大に伴い反応速度が増大することが分かった。共存H2あり・なしでTiH2によるプロパン脱水素反応の見かけの活性化エネルギーをアレニウスプロットにより算出した。共存H2ありでは37.2 kJ/molであり、工業触媒であるPtSn合金系、Cr系、Ga系で報告されている値(約100 kJ/mol)よりも著しく低かった。H2なしでは180.1 kJ/molと求まり、共存H2存在下での高い触媒活性が発現することが分かった。また、反応温度でのin situ XRD測定からは、H2流通下では部分的にH2が脱離したTiHx(x < 2)が存在し、He流通下ではTi metalが観測された。以上より、Ti水素化物が特異的に低い活性化障壁で反応を促進していることが確認された。
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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
金属水素化物の特異なプロパン脱水素能を明らかにすることができた。また、金属水素化物自体の水素放出による失活が、H2を共存させることで抑制できる知見も得られた。前年度に検討したゼオライト内ヒドリドを含めて、水素化物の脱水素触媒作用の学理構築に向けて研究を展開する。
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| Strategy for Future Research Activity |
第3,4族金属水素化物の脱水素触媒作用を網羅的に調査し、TiH2よりも優れた触媒を開発するとともに、触媒作用の差異など詳細を検討する。また、脱水素反応以外の高難度アルカン変換反応にも適応し、水素化物の新しい触媒機能を探索する。得られた知見をゼオライト内金属ヒドリド種の設計にフィードバックすることで、高機能ゼオライト触媒の開発に展開する。
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