2022 Fiscal Year Research-status Report
分子状酸素による高選択的分子変換のためのソフトルイス酸性担持金触媒の開発
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21K05143
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
竹歳 絢子 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 非常勤教員 (50533056)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 触媒 / 金クラスター / 金ナノ粒子 / 酸素酸化 / マイクロ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高難度反応のひとつである芳香族炭化水素の直接官能基化が可能となる新しい金触媒の開発を目的としている。金のクラスター化や担体との強い相互作用（SMSI）の形成で増える金表面のδ＋サイトによる触媒特性の発現をねらう。ハイドロキシアパタイト（HAP）を担体とすると、他の還元性酸化物担持触媒と異なり、酸素雰囲気下で担体による金粒子の被覆、水素雰囲気下で担体層の後退が可逆的に起こる。この酸素雰囲気下で生じたSMSIにより金表面のδ＋性が増大することが知られている。今回、HAPのカチオン（Ca2+をSr2+に、さらに一部CeやMgに）やアニオン（PO４3-をVO43-に、OH-をF-に）を置換したHAPに金ナノ粒子を担持したAu/置換HAPでも、酸素雰囲気下でSMSIが生じ、δ＋性が増大することで、アルケンの異性化の触媒活性が向上することを報告した。5回の再利用実験後もSMSI構造が維持されていることを確認した。また、オクタナールの酸化的エステル化によるオクタン酸エチルの合成においても、いずれの置換HAPでもSMSIを有する触媒の方が高い活性を示した。SMSIによる被覆層の厚さは置換HAPの種類や熱処理温度、時間によって変化した。500 °Cで空気焼成すると金表面が完全に被覆されるが、Sr置換HAPなどでは被覆層の厚さの平均は1 nmを超えなかった。一方、無置換HAPでは同じ処理を行うと、金表面を被覆しているHAP層が1 nmを超え、触媒活性が大幅に低下したことから、HAP層の厚さが触媒活性に大きく影響することが明らかになった。
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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
当初の目的通り、イオンを置換したHAPを担体とすることで、金と担体との強い相互作用（SMSI）が形成され、金表面のδ＋サイトの増えた触媒により、アルケンの異性化の触媒活性が向上した。また、得られた金触媒を、香料となる脂肪族エチルエステルの合成に適用したことで、SMSIによる被覆層の厚さが触媒活性を制御する一因となることが見えてきた。しかし、金のクラスター化については、マイクロ波吸収効率の高い酸化マンガンでは未だクラスターサイズに制御出来ていない。マイクロ波吸収効率の高い金属酸化物にも適用可能な手法とするため、マイクロ波照射条件のさらなる検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオンを置換したHAPを担体とすることで、金と担体との強い相互作用（SMSI）が形成され、金表面のδ＋サイトの増えた触媒を調製し、液相反応に適用できた。一方、金のクラスター化による金表面のδ＋サイトが増大した触媒調製の試みについては、マイクロ波照射条件の検討を引き続き行うとともに、金前駆体についても検討を行う。得られた触媒は、高難度反応への挑戦に向け、ベンゼンよりも反応性の高いトルエンを基質とするアンモ酸化などに適用する。マイクロ波照射の有無による反応性や選択性の違いを評価し、触媒の最適化を図る。
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Research Products
(8 results)
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[Presentation] Enhanced catalytic activity utilizing strong metal-support interactions (SMSI)- isomerization of alkenes over hydroxyapatite supported gold catalysts2022
Author(s)
Nakayama Akihiro, Sodenaga Ryusei, Gangarajula Yuvaraj, Taketoshi Ayako, Murayama Toru, Honma Tetsuo, Sakaguchi Norihito, Shimada Tetsuya, Takagi Shinsuke, Haruta Masatake, Qiao Botao, Wang Junhu, Ishida Tamao
Organizer
The 9th International Conference on Gold Science, Technology and its Applications (GOLD2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effect of Strong Metal-Support Interaction (SMSI) on Gold/Substituted-Hydroxyapatites for Oxidative Esterification of Aliphatic Aldehydes2022
Author(s)
Ayako Taketoshi, Yuvaraj Gangarajula, Ryusei Sodenaga, Akihiro Nakayama, Norihito Sakaguchi, Toru Murayama, Masatake Haruta, Botao Qiao, Junhu Wang, Tamao Ishida
Organizer
The 9th International Conference on Gold Science, Technology and its Applications (GOLD2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Influence of strong metal-support interaction (SMSI) on catalytic properties of substituted-hydroxyapatite supported Au nanoparticles2022
Author(s)
Akihiro NAKAYAMA, Ryusei SODENAGA, Yuvaraj GANGARAJURA, Ayako TAKETOSHI, Toru MURAYAMA, Tetsuo HONMA, Norihito SAKAGUCHI, Tetsuya SHIMADA, Shinsuke TAKAGI, Masatake HARUTA, Botao QIAO, Junhu WANG, Tamao ISHIDA
Organizer
The 9th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT9)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effect of Covering Au Surface by Thin Layer of Hydroxyapatite on Alkene Isomerization2022
Author(s)
T. Ishida, A. Nakayama, Y. Gangarajula, A. Taketoshi, T. Murayama, T. Honma, N. Sakaguchi, T. Shimada, S. Takagi, M. Haruta, B. Qiao, J. Wang,
Organizer
Tateshina Conference on Organic Chemistry
Int'l Joint Research
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