規則性ナノ空間の特性を活かした新しい触媒反応系の開拓

• Project/Area Number: 14205114
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: 触媒・化学プロセス
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 岩本 正和 東工大, 資源化学研究所, 教授 (10108342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石谷 暖郎 東京工業大学, 資源化学研究所, 講師 (50302617) ; 山本 孝 東京工業大学, 資源化学研究所, 助手 (70361756) ; 田中 敏弘 東京工業大学, 資源化学研究所, 助手 (20361777)
• Project Period (FY): 2002 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥48,880,000 (Direct Cost: ¥37,600,000、Indirect Cost: ¥11,280,000); Fiscal Year 2005: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2004: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2003: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2002: ¥23,660,000 (Direct Cost: ¥18,200,000、Indirect Cost: ¥5,460,000)
• Keywords: ナノ多孔体 / 酸触媒反応 / 炭素-炭素結合生成 / オリゴメリゼーション / プロピレン / ジアリールエテン / プロピレン生産 / 不斉酸化

Research Abstract

本年度の研究において以下の点を明らかにした。
(1)壁構造の有機無機複合化による新しい機能材料の創製(岩本):昨年度、ジルコニウムカチオン-硫酸根-有機ミセル相から成るメゾ構造体を合成し、この化合物中の硫酸根と水中の砒酸イオンがイオン交換を報告した。本年度は、中心金属イオンとして酸化チタンを用いると、セレン酸イオンに対する交換容量、交換速度、交換平衡定数が既存の除去剤の性能を大きく凌駕することを見出した。この物質は砒酸イオン、クロム酸イオン等の除去にも使うことができた。
(2)規則性ナノ空間物質の特異な酸触媒特性の究明(石谷):シリカ系ナノ多孔体の特異な酸触媒特性の解明を検討している。本年はFriedel-Craftsアルキル化反応について検討した。本反応はアルコールをアルキル化剤とした場合に効率よく進行したが、副生成物である分枝状アルキル化体が時間とともにさらに反応消失する欠点があった。そこで、この逐次反応を抑制するため塩基性化合物を添加したところ、ニトロベンゼンの添加によって経時変化を防ぐことが可能になった。さらに、強力なエチルアミンの添加量依存性からシリカナノ多孔体上の酸点の数を決定することに成功した。
(3)金属イオン担持ナノ多孔体の触媒特性の解明(山本):昨年、ニッケルイオン担持M41(Ni-M41)を触媒とするとエチレンを高選択的にプロピレンに転換できる事を見出した。この反応についてさらに詳細な検討を行った。まず、ニッケル担持量依存性、接触時間依存性、エチレン分圧依存性、他のオレフィンの反応等を検討し、反応機構を提案した。さらに触媒調製法についても検討し、触媒の焼成温度が400-450℃ではミセル炭素が残存するため活性が低く、600℃を越えるとNiの担持状態が変化し活性が低下することを見出した。結局、500-550℃焼成が最適で、活性劣化も起こらなかった。
(4)メゾ多孔体の有機修飾による高機能光材料の調製(田中):シリカ系メゾ多孔体内でのジアリールエテン(DE)の光応答を検討している。シリカ細孔壁をフェニル基、メチル基等で修飾しても量子収率は変化しなかったので、DEの光異性化効率は細孔壁の有機構造に依存しないことを結論した。有機化合物の担持法を検討している中で、固相有機化合物が細孔内へ自発的に拡散する現象を見出した。ポリスチレン等の高分子も拡散したのでさらに詳細を究明中である。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of Cuprous Ion in High Silica Zeolites and Reaction Mechanism of Catalytic NO Decomposition and Specific N_2 Adsorption (2004)
  • Author(s): Y.Kuroda, M.Iwamoto
  • Journal Title: Topics in Catal. 28 Pages: 111-119
• [Journal Article] Zirconium Sulfate-Surfactant Micelle Mesostructure as an Effective Remover of Selenite Ion (2004)
  • Author(s): H.Takada, M.Iwamoto
  • Journal Title: Chem.Lett. 33 Pages: 62-63
  • NAID: 10011943511
• [Journal Article] Conversion of ethene to propene through dimerization and subsequent metathesis on nickel ion-loaded mesoporous silica catalyst (2004)
  • Author(s): M.Iwamoto, Y.Kosugi, T.Yamamoto
  • Journal Title: Inter.Congr.on Catal. Pages: 145-146
• [Journal Article] Friedel-Crafts reactions on mesoporous silica materials (2004)
  • Author(s): H.Ishitani, M.Iwamoto
  • Journal Title: 12th Taiwan-Japan Joint Symp.on Catal. Pages: 71-75
• [Journal Article] 規則性ナノ空間の特性を活かした新しい触媒反応 (2004)
  • Author(s): 岩本正和
  • Journal Title: 有機合成化学協会誌 62 Pages: 411-416
• [Journal Article] エチレンをプロピレに変えるNi-MCM-41触媒 (2004)
  • Author(s): 岩本正和
  • Journal Title: ペトロテック 27 Pages: 628-633
• [Journal Article] メゾポーラス物質が示す規則性ナノ空間の不思議と魅力 (2004)
  • Author(s): 岩本正和
  • Journal Title: 化学と教育 52 Pages: 512-515
• [Journal Article] 触媒学会のさらなる発展を願って (2004)
  • Author(s): 岩本正和
  • Journal Title: 触媒 46 Pages: 327-327
  • NAID: 10013450276
• [Book] 触媒活用大辞典 (2004)
  • Author(s): 岩本正和
  • Total Pages: 1134
  • Publisher: 工業調査会
• [Book] 新時代の多孔性材料とその応用 (2004)
  • Author(s): 岩本正和
  • Total Pages: 300
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Publications] M.Iwamoto, Y.Tanaka, N.Sawamura, S.Namba: "Remarkable Effect of Pore Size on the Catalytic Activity of Mesoporous Silica for the Acetalization of Cyclohexanone with Methanol"J.Am.Chem.Soc.. 125. 13032-13033 (2003)
• [Publications] M.Iwamoto, H.Yahiro: "Zeolites in Science and Technology of Removal of Nitrogen Monoxide"Handbook of Zeolites and Microporous Materials. 951-988 (2003)
• [Publications] H.Ishitani, M.Iwamoto: "Selective Aldol Reactions of Acetals on Mesoporous Silica Catalyst"Tetrahedron Lett.. 44. 299-301 (2003)
• [Publications] E.Kikuchi, K.Segawa, M.Iwamoto: "Third International Conference on Environmental Catalysis"Appl.Catal.B : Environmental. 41. 1-150 (2003)
• [Publications] H.Takada, Y.Watanabe, M.Iwamoto: "Zirconium Sulfate-Surfactant Micelle Mesostructure as an Effective Remover of Selenite Ion"Chem.Lett.. 62-63 (2004)
• [Publications] Y.Kuroda, M.Iwamoto: "Characterization of Cuprous Ion in High Silica Zeolites and Reaction Mechanism of Catalytic NO Decomposition and Specific N_2 Adsorption"Topics in Catal.. 28. (2004)
• [Publications] 八尋秀典, 岩本正和: "Cu-ZSM-5と一酸化窒素の直接分解反応"触媒. 45. 26-28 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "環境触媒技術"化学便覧応用化学編,日本化学会編. 273-277 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "吸着"化学便覧応用化学編,日本化学会編. 289-294 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "規則性超微空間触媒を用いる夢の反応"先端化学シリーズI. 1. 163-170 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "ナノ空間が化学工業に新風"日経先端技術. 45. 17-20 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "世界をリードする環境触媒技術とナノテクノロジー"環境ビジネス. 15. 12-13 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "ナノ空間物質の化学"日経ナノテク年鑑. (印刷中). (2004)
• [Publications] 岩本正和: "規則性ナノ空間の特性を活かした新しい触媒反応"有機合成化学協会誌. (印刷中). (2004)
• [Publications] M.Iwamoto, H.Kitagawa, Y.Watanabe: "Highly Effective Removal of Arsenate and Arsenite Ion through Anion Exchanged on Zirconium Sulfate-Surfactant Micelle Mesostructure"Chem. Lett.. 31. 814-815 (2002)
• [Publications] H.Ishitani, M.Iwamoto: "Selective Aldol Reactions of Acetals on Mesoporous Silica Catalyst"Tetrahedron Lett.. 44. 299-301 (2003)
• [Publications] E.Kikuchi, K.Segawa, M.Iwamoto: "Third International Conference on Environmental Catalysis"Appl. Catal. B : Environmental. 41. 1-2 (2003)
• [Publications] 八尋秀典, 岩本正和: "Cu-ZSM-5と一酸化窒素の直接分解反応"触媒. 45. 26-28 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "環境触媒技術"化学便覧応用化学編,日本化学会編. 273-277 (2003)
• [Publications] 岩本正和: "吸着"化学便覧応用化学編,日本化学会編. 289-294 (2003)
• [Publications] M.Iwamoto, H.Yahiro: "Zeolites in Science and Technology of Removal of Nitrogen Monoxide"Handbook of Zeolite Science and Technology. 951-988 (2003)