階層的多孔構造をもつリン酸塩系モノリスの作製と物性評価

• Project/Area Number: 15J00156
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Inorganic industrial materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 朱 陽 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥1,940,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: リン酸塩 / モノリス多孔体 / 階層的多孔構造 / 触媒 / 吸着 / モノリス / 金属リン酸塩 / 触媒性能 / 熱膨張率

Outline of Annual Research Achievements

去年の研究成果の基づき、得られた階層的多孔構造をもつリン酸塩モノリス（リン酸バナジウム、リン酸コバルト）について、アンモニア昇温脱離法、水素昇温還元法、X線光電分光法などの触媒を分析する手法を用いて、材料の方面化学状態を分析した。ドイツのマックスプランク石炭研究所のFerdi Schuthグループとの共同研究で、ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）を空気酸化する反応をモデル反応として、水や様々な有機溶媒において、得られたリン酸バナジウムの酸化触媒性能を評価した。また、含浸法を利用して、リン酸バナジウムの表面にルテニウム（Ru）ナノ粒子を析出し、同じ反応において、HMFの転換率および目標生成物2,5-Furandicarboxylic acidへの選択率の向上を試みた。
得られた階層多孔構造をもつリン酸コバルトに低温水熱処理を施すことにより、結晶相の転移やマクロメソレベルの微細構造、即ちモルフォロジーの変化が発見された。アメリカのラトガース大学のTewodros Asefaグループとの共同研究で、水熱処理後のリン酸コバルトの水電気化学分解性能を調べた。
新規材料合成について、階層的多孔構造をもつチタニアモノリスを鋳型として用いて、低濃度のリン酸で表面修飾することにより、チタニアモノリス表面にリン酸イオンを付着させた。得られたものを光触媒として評価したところ、Rhodamine 6G色素の光分解において、市販のP25酸化チタンと比べて、倍以上の反応速度を示した。また、高濃度のリン酸で処理することにより、階層的多孔構造を保ちながら、様々な結晶相をもつ単相のリン酸チタンモノリスが得られた。得られた結晶性リン酸チタンモノリスを吸着剤として、クルクミンの吸着放出を試みた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute for Coal Research(Germany)
• [Int'l Joint Research] Institut Charles Gerhardt Montpellier(France)
• [Int'l Joint Research] Rutgers University(米国)
• [Journal Article] Grafted Polymethylhydrosiloxane on Hierarchically Porous Silica Monoliths: A New Path to Monolith Supported Palladium Nanoparticles for Continuous Flow Catalysis Applications (2017)
  • Author(s): Carl-Hugo Pelisson, Takahiro Nakanishi, Yang Zhu, Kei Morisato, Toshiyuki Kamei, Ayaka Maeno, Hironori Kaji, Shunki Muroyama, Masamoto Tafu, Kazuyoshi Kanamori, Toyoshi Shimada, Kazuki Nakanishi
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 9 Issue: 1 Pages: 406-412
  • DOI: 10.1021/acsami.6b12653
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amine/hydrido Bifunctional Nanoporous Silica with Small Metal Nanoparticles Made Onsite: Efficient Dehydrogentaion Catalyst (2017)
  • Author(s): Yang Zhu, Takahiro Nakanishi, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi*, Shun Ichii, Kohji Iwaida, Yu Masui, Toshiyuki Kamei, Toyoshi Shimada, Akihito Kumamoto, Yumi H. Ikuhara, Mina Jeon, George Hasegawa, Masamoto Tafu, Chang W. Yoon, Tewodros Asefa
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 9 Issue: 1 Pages: 36-41
  • DOI: 10.1021/acsami.6b12972
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Monolithic Acidic Catalysts for the Dehydration of Xylose into Furfural (2016)
  • Author(s): Yang Zhu, Kazuyoshi Kanamori, Brun Nicolas, Pelisson Carl-Hugo, Moitra Nirmalya, Fajula Francois, Hulea Vasile, Galarneau Anne, Kazuyuki Takeda, Kazuki Nakanishi
  • Journal Title: Catalysis Communication Volume: 87 Pages: 112-115
  • DOI: 10.1016/j.catcom.2016.09.014
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hierarchically Porous Titanium Phosphate Monoliths and Their Crystallization Behavior in Ethylene Glycol (2016)
  • Author(s): Yang Zhu, Koji Yoneda, Kazuyoshi Kanamori, Kazuyuki Takeda, Tsutomu Kiyomura, Hiroki Kurata, Kazuki Nakanishi
  • Journal Title: New Journal of Chemistry Volume: - Issue: 5 Pages: 4153-4159
  • DOI: 10.1039/c5nj02820e
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metal Zirconium Phosphate Macroporous Monoliths: Versatile Synthesis, Thermal Expansion and Mechanical Properties (2016)
  • Author(s): Yang Zhu, Kazuyoshi Kanamori, Nirmalya Moitra, Kohei Kadono, Shugo Ohi, Norimasa Shimobayashi, Kazuki Nakanishi
  • Journal Title: Microporous Mesoporous Materials Volume: 225 Pages: 122-127
  • DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.12.002
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Sol-gel synthesis of hierarchically porous metal phosphate monolithic materials for various applications (2017)
  • Author(s): Yang ZHU, Koji YONEDA, Ayumu TANAKA, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • Organizer: Fifth International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
  • Place of Presentation: Lisbon, Portugal
  • Year and Date: 2017-03-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Robust Hierarchically Porous Zirconium Phosphate Monoliths for Various Applications (2016)
  • Author(s): Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • Organizer: 2016’ Sol-Gel Symposium of China & International Forum
  • Place of Presentation: Changsha, China
  • Year and Date: 2016-10-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 階層的多孔構造をもつモノリス状リン酸ジルコニウムの酸触媒性能評価 (2016)
  • Author(s): 朱陽、金森主祥、中西和樹
  • Organizer: 日本ゾル-ゲル学会第14回討論会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-08-08
• [Presentation] Metal zirconium phosphate macroporous monoliths: versatile synthesis, thermal expansion and mechanical properties (2016)
  • Author(s): Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • Organizer: 13th International Conference on Ceramic Processing Science
  • Place of Presentation: Nara
  • Year and Date: 2016-05-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis of Hierarchically Porous Titanium Phosphate Monoliths and Their Crystallization Behavior in Ethylene Glycol (2016)
  • Author(s): Yang Zhu, Koji Yoneda, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • Organizer: KNN symposium
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2016-02-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sol-Gel Synthesis of Robust Hierarchically Porous Monolithic Metal(IV) Phosphate Materials for Efficient Ion Adsorption (2015)
  • Author(s): Yang Zhu, Koji Yoneda, Taiyo Shimizu, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 形態と結晶相を制御したリン酸チタン粒子の水熱合成 (2015)
  • Author(s): 朱陽、長谷川丈二、金森主祥、中西和樹
  • Organizer: 日本ゾル－ゲル学会第13回討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学（鈴木章記念ホール）
  • Year and Date: 2015-11-19
• [Presentation] 形態と結晶相を制御したリン酸チタン粒子の水熱合成 (2015)
  • Author(s): 朱陽、長谷川丈二、中西和樹、金森主祥
  • Organizer: 日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学（五福キャンパス）
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Sol-Gel Synthesis of Porous Monolithic Phosphate Materials (2015)
  • Author(s): Yang Zhu, Koji Yoneda, Ayumu Tanaka, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • Organizer: XVIII International Sol-Gel Conference
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-09-06
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: http://www.icgm.fr/squelettes/statique/documents/Fajula_CV.pdf
• [Remarks]
  • URL: http://chem.rutgers.edu/~asefa/Site_3/Home.html