Precise Synthesis and Mechanism of Highly Active and Durable Partially-Oxidized Pt Multimetallic Subnanocatalysts

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15107
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: Nagoya University (2021); Tokyo Institute of Technology (2020)
• Principal Investigator: Huda Miftakhul 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (30836010)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: サブナノ触媒 / 合金触媒 / デンドリマー / シクロヘキサン / 酸化反応 / アジピン酸 / 三元素 / PtSnCu

Outline of Final Research Achievements

Subnano alloy particles (SAPs) are predicted to have a potential to exhibit novel catalytic performance as catalysts due to ligand and ensemble effects by controlling the type and composition of the atoms combined. In this study, SAPs were precisely synthesized using DPA dendrimers and their catalytic performance was evaluated using direct cyclohexane aerobic oxidation reaction to adipic acid (AA). Experiments showed that the Pt5Sn8Cu6 ternary SAP exhibited higher activity and durability than the binary SAPs of Pt5Sn14 and Pt5Cu14, and achieved very high AA yield (52.3%), high conversion (79.1%), and AA selectivity (66.1%). With these results, the SAPs demonstrate as a new commercially viable catalyst in the industrial production of nylon-6,6.

Free Research Field

ナノ構造化学関連

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノ粒子より極小サイズのサブナノ粒子は、高い表面割合で分子のように振る舞いしているため、飛躍的に反応性が向上する一方、それ自身の熱耐久性が著しく低下するため、触媒用途の実用性が低いと認識された。本研究では、サブナノ粒子を合金化することで異種金属同士の相互作用による相乗効果で活性及び耐久性を向上し、実用化可能な触媒を実証した。
ナイロン-6,6の生産量は世界的に毎年4.7%伸びているが、工業的に収率が4-11%ものの、温暖化に起因するN2Oを放出する反応を利用されている。今回の結果で、合金サブナノ粒子は新たな実用化可能な触媒として実証されれば全世界のN2Oの放出を5％下げられるにつながる。