2015 Fiscal Year Annual Research Report
サステナブル炭素資源からの化学品合成に有効な卑金属ナノクラスター触媒の開発
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26289299
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
清水 研一 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60324000)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 触媒 / 有機合成 / アミド / 水素化 / 金属ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生可能炭素資源からの化学品合成に有効な担持金属触媒の性能制御因子を解明するために、XRD、in-situ XAFS、TEMを用いて各触媒の構造、電子状態を決定し、活性との相関関係を決定した。また、In-situ分光と速度論解析より触媒作用機構を決定し、素過程における触媒活性と表面構造、電子状態の関係を明らかにした。上記検討より、触媒設計指針を分子論的観点から明確化した。以下に具体的な実験結果を述べる。
種々の担持白金触媒を用いてN-acetylpiperidineの水素化反応を行った．Pt-MoOx/TiO2及びPt/Nb2O5が高活性を示し，1-ethylpiperidineが高収率で得られた．C-N結合切断による副生成物は全く生成しなかった．両触媒は種々のアミドの脱酸素化にも有効であった．
acetamide 吸着IRより，Nb2O5とMoOx/TiO2上のアミドのC=O伸縮振動バンドは他の一元系酸化物よりも低波数に位置し，Nb2O5とMoOx/TiO2がカルボニル酸素に対して最も強いルイス酸として作用することがわかった．各触媒の表面Pt原子当たりの活性は、C=O伸縮バンドの波数が低いほうが高かった。実際に、担持Pt触媒上のルイス酸点に配位（活性化）したアミドが水素気流下で速やかに反応してアミンに変換されることをin situ IRにてその場観察した。さらに、Pt L3-edge XANES、CO吸着、TEMから全ての触媒のPtの状態は粒子径の近い金属ナノ粒子であったことから、担体ルイス酸性がアミド水素化活性の制御因子であると結論した．Ptは水素解離吸着に，Lewis酸点はC=O基の活性化を担う。
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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
申請時に「平成２７年度以降」の研究計画に記載した２項目（性能制御因子の解明、改良型触媒の設計）に対して、具体的な研究成果（研究実績の概要にて記載）を出すことができた。成果は論文にて報告した（現在、印刷中）。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請時に「平成２７年度以降」の研究計画も「最終目標」に記載した項目を実現する。即ち、これまでの基礎研究成果をまとめ、従来触媒（白金族錯体）の設計概念である、「有機配位子による触媒の分子設計」に代わる、固体触媒の設計概念を提案する。
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| Causes of Carryover |
当初計画時に比べて、化学薬品等の消耗品の使用料が低かったため、物品費が計画よりも定額となった。消耗品費は厳密な初速が困難であり、次年度の物品費として使用することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
金属部品や薬品等の消耗品の購入に用いる。
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