2023 Fiscal Year Annual Research Report
水素化触媒反応における金属3Dプリント技術の新展開
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22H01864
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
椿 範立 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00272401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
楊 國輝 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (60709707)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 水素化 / 触媒反応 / 金属3Dプリント / 二酸化炭素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒と反応器は、伝統的な触媒システムの2つの重要な要素である。触媒は反応経路を変えたり、反応効率を向上させたり、または目標化合物を選択的に生成する能力を持つ。一方、反応器はさまざまな触媒反応に適した環境を提供する重要な機能を果す。これら2つの重要な要素は長年にわたって注目されてきたが、その研究焦点は明確に異なっている。本研究では伝統的な研究ルートを捨て、金属3Dプリント技術を活用し、触媒と反応器を一体化して、水素化反応に向けた自己触媒反応器の開発を目指している。本年度にはYKK社から提供された金属3Dプリント技術を用い、異なる幾何学構造（Type1・2・3・4）を持つFe-SCR自己触媒反応器を作成した。それに、焼成方法によってFe-SCRが最適化され、高い反応効率と安定性を実現した。さらに、金属イオンを含む硝酸塩溶液でFe-SCRに浸透させ、Na/Fe-SCRも新たに作成した。最適化されたFe-SCR自己触媒反応器に伝統的な触媒を入れないで、CO2水素化反応において、SCRを評価した。反応結果によると、Type3（Z型）が最も高いCO2転化率（33.0％）を示し、また優れた重い炭化水素（C5+、52.2％）の選択性も達成した。それに、NiとNaをSCRに導入することで、より優れた触媒性能と長期間の寿命を実現した。本研究では、自己触媒反応器の開発において新たな可能性を切り拓き、CO2水素化反応における効率的な触媒システムの構築に貢献した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究は予想以上に進展しており、その進捗状況を報告する。
本研究では、伝統的な研究アプローチを脱し、金属3Dプリント技術を活用して、触媒と反応器を一体化し、水素化反応に向けた自己触媒反応器の開発を目指している。まず、YKK社から提供された金属3Dプリント技術を使用し、異なる幾何学構造（Type1・2・3・4）を持つFe-SCR自己触媒反応器を作成した。このプロセスでは、焼成方法を最適化することで、Fe-SCRの性能を向上させることができた。さらに、金属イオンを含む硝酸塩溶液を使用してFe-SCRに浸透させ、Na/Fe-SCRも新たに開発した。最適化されたFe-SCR自己触媒反応器に伝統的な触媒を使用せず、CO2水素化反応を評価した。この評価から、Type3（Z型）の反応器が最も高いCO2転化率（33.0％）を示し、また優れた重い炭化水素（C5+、52.2％）の選択性も実現した。さらに、NiとNaをSCRに導入することで、触媒の性能と寿命を向上させた。
これらの成果は、自己触媒反応器の新たな可能性を示し、CO2水素化反応における効率的な触媒システムの構築に大きく貢献している。今後も引き続き研究を進め、より高度な技術や成果を追求してまいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策では既定の研究計画に沿って、研究を順調に推移して行く。より良い研究結果を生み出すため、以下の改善方策も検討している。
（1）評価手法の改善: 現在のCO2水素化反応の評価手法をさらに精密化し、より正確なデータを得るための方法を検討する。これにより、触媒の性能評価をより効果的に行うことができる。
（2）新たな触媒材料の開発: 現在の研究ではFe-SCR自己触媒反応器を使用しているが、さらなる研究によって新たな金属材料の開発を目指す。これにより、より効率的な触媒システムの構築が可能となる。
（3）実証実験の拡大: 現在の研究成果を基にして、実証実験をさらに拡大し、現実の産業用途における応用可能性を検証する。産業界との連携を強化し、実用化に向けた準備を進める。
（4）学術論文の発表: 研究成果を学術論文として発表し、学術界に貢献する。また、国内外の学会やカンファレンスに積極的に参加し、研究成果を広く発信する。
これらの推進方策を実行することで、研究の成果を最大限に引き出し、水素化反応の効率的な自己触媒反応器の開発に向けて前進して行く。
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[Journal Article] High-yield production of liquid fuels in CO2 hydrogenation on a zeolite-free Fe-based catalyst2023
Author(s)
Lisheng Guo, Xinhua Gao, Weizhe Gao, Hao Wu, Xianbiao Wang, Song Sun, Yuxue Wei, Yasuharu Kugue, Xiaoyu Guo, Jian Sun, Noritatsu Tsubaki
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 14
Pages: 171～178
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Carbon-Based Electron Buffer Layer on ZnOx-Fe5C2-Fe3O4 Boosts Ethanol Synthesis from CO2 Hydrogenation2023
Author(s)
Yang Wang, Wenhang Wang, Ruosong He, Meng Li, Jinqiang Zhang, Fengliang Cao, Jianxin Liu, Shiyuan Lin, Xinhua Gao, Guohui Yang, Mingqing Wang, Tao Xing, Tao Liu, Qiang Liu, Han Hu, Noritatsu Tsubaki
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 62
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Alcohol Solvent Assisted Synthesis of Metallic and Metal Oxide Catalysts: As-Prepared Cu/ZnO/Al2O3 Catalysts for Low-Temperature Methanol Synthesis with an Ultrahigh Yield2023
Author(s)
Fei Chen, Jiaming Liang, Fan Wang, Weizhe Gao, Yasuharu Kugue, Yingluo He, Xiaoyu Guo, Guohui Yang, Guangbo Liu, Jinhu Wu, Prasert Reubroycharoen, Tharapong Vitidsant, Noritatsu Tsubaki
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Journal Title
ACS Catalysis
Volume: 13
Pages: 6169～6184
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
