2023 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
22K04833
|
|---|
| Research Institution | Kogakuin University |
|---|
Principal Investigator |
奥村 和 工学院大学, 先進工学部, 教授 (30294341)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | ルテニウム / 白金 / 酸化ジルコニウム / 酸化セリウム / ベンズアルデヒド / ヒドロシリル化反応 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度はRuとさまざまな担体との相互作用の本質について調べるために、Ruを6種類の担体(MgO,Al2O3,SiO2,TiO2,ZrO2,CeO2)に担持し、さまざまな温度で熱処理した試料の構造と触媒活性をしらべた。その結果、Ru/ZrO2が空気によるベンジルアルコールの酸化反応によるベンズアルデヒド生成反応に高い活性を示すことを見出した。Ru K-edge XAFSにより、Ruは原子状に分散していることがわかった。したがって、ZrO2を担体とすると、高分散したRu酸化物が生成することによりRu/ZrO2が高い活性を示したことが推察される。また、Ru/ZrO2の触媒活性は焼成温度によって大きく変化し、700℃で焼成した試料がもっとも高い活性を示した。Ruの前駆体について検討したところ、Ruナノ粒子を前駆体として使用した場合でもRu錯体を使用した場合と同等の活性を示す触媒が得られたことから、Ruナノ粒子を熱処理することでRuがZrO2の表面に自発的に分散したことが考えられる。さらに結晶構造の異なるZrO2にRuを担持してその触媒活性を調べると単斜晶ZrO2を担体としたRu/ZrO2のみが高い触媒活性を示すことがわかった。したがって担体であるZrO2の結晶構造により、担持したRuの構造が大きく変化していることが示唆される。一方、Pt/CeO2触媒についても検討をおこない、Pt/CeO2がアルキンのヒドロシリル化反応に対して10回使用しても活性が低下しない触媒の調製や反応条件を見出すことができた。これはPtとCeO2との相互作用により4価のPtがCeO2上で安定に存在したためであると考えている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度までMgOに注目し、Ru,Rh,Pd,Ir,PtとMgOとの相互作用による固溶体の生成と熱処理による貴金属種の再析出について研究してきたが、再析出後にも貴金属の一部がMgOと固溶体を生成するため、これらの触媒活性が低いという問題点があった。2023年度は担体を6種類に拡張し、元素をRuに固定して検討したところ、ZrO2が特異的にRuの高分散化をもたらし、高い触媒活性を発現することを見出した。また、アルキンのヒドロシリル化反応に対して高活性および耐久性のすぐれたPt/CeO2の調製や反応条件を明らかにすることができたことから、おおむね順調に研究が進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
Ru/ZrO2では原子状のRuが生成し、この触媒がベンジルアルコールの酸化反応に高い活性を示すことを見出したが、その活性はZrO2の結晶構造によって大きく異なることが分かっている。これはZrO2の結晶構造によってRuの構造や分散度が大きく変化するためであると予想しているが、その本質は明らかになっていない。本年度はZrO2の結晶構造とRuの相互作用の要因を明らかにすることを主な目的として研究を遂行する。Ru/ZrO2はアルコールの酸化反応のみならず、アミンの酸化反応にも活性を示すことが報告されていることから、Ru/ZrO2によるアミンの酸化反応も実施する。また、高分散したRu酸化物は高い分散度を示すことから、水素で還元することで活性の高い金属Ru触媒が得られることが期待されるため、金属Ruによる触媒反応も試みる予定である。Pt/CeO2触媒については、ヒドロシリル化反応に対する基質展開をおこない、さらに反応雰囲気がPtの構造に与える影響を調べる予定である。
|
| Causes of Carryover |
2023年度は貴金属の種類としてRu,Rh,Pd,Ir,Ptを使用することを検討したが、RuおよびPtのみに限定し担体の種類を変えることに注力したため、特に試薬にかかる費用が抑えられた。2024年度はRu/ZrO2触媒の構造や反応機構の解明、および多様な触媒反応への展開、およびPt/CeO2触媒の基質展開や反応メカニズム解明のために助成金を使用する予定である。
|
