Development of Solid Surface Frustrated Lewis Pairs

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18842
• 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: Jin Xiongjie 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00761412)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: Frustrated Lewis Pairs / 選択還元 / 小分子活性化 / 固体触媒

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on the steric hindrance of solid surfaces and aimed to develop surface FLP (Frustrated Lewis Pair) by hybridizing solid Lewis acids and highly sterically hindered organic Lewis bases. Hydrogenation of alkenes, carbonyl compounds, nitrobenzene, etc. were studied comprehensively using various Lewis acidic metal oxides and organic bases. As a result, the hydrogenation of alkenes or carbonyl compounds hardly proceeded, whereas the reduction of nitrobenzene or the hydrodehalogenation of haloarenes proceeded efficiently. In the course of this study, we found that ceria-supported gold nanoparticles catalyze the reduction of aldehydes to alcohols in syngas.

Free Research Field

触媒科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では均一系FLPの概念を固体触媒に導入することにより、固体－有機分子のハイブリッド化による表面FLP化学の開拓を目指した。これにより、従来Pt、Pdなどの不均一系貴金属触媒を用いて行ってきた反応を貴金属フリーな条件下で行うことは、元素戦略の観点からも極めて重要である。貴金属を用いない小分子の活性化は、合成化学において非常に挑戦的な課題であり、本研究は有機合成化学、触媒化学分野に対してのインパクトは大きい。また、従来高純度水素を用いる必要があった水素化反応を、シンガス中で行うことが可能となり、水素の精製に必要なエネルギーおよびコストを削減でき、化学産業への波及効果も大きいと考えられる。