| Project/Area Number |
19J10015
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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| Research Institution | Institute for Molecular Science (2020)
Waseda University (2019) |
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Principal Investigator |
斎藤 晃 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | エタン / ペロブスカイト酸化物 / ゼオライト / 脱水素 / 芳香族化 / エチレン / ベンゼン / BTX / 酸触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
天然ガスの第２成分であるエタンは、シェールガスや石油随伴ガスの利用が進み、安価な化学原料として注目されている。現在、エタンの利用は熱分解によるエチレンの製造に限られている。これは、エタンが安定な炭化水素であり、反応に多大なエネルギーを消費するためである。そこで、効率的なエタン転換技術の確立のために、代表的な反応である、エタンからエチレンあるいは芳香族炭化水素を生成する反応に用いる固体触媒の研究を行う。エタンを効率的に転換できる触媒を設計することで、従来よりも省エネルギーで付加価値の高い化学品の生産を行うことができる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は、エタン脱水素では高い酸化還元性を示すペロブスカイト酸化物が高いエチレン生成能を示すことを明らかにした。エタン脱水素芳香族化では、ゼオライト触媒がもつミクロ孔内で反応中間体であるエチレンがベンゼンなどの芳香族炭化水素に転換される反応機構を明らかにした。
2020年度におけるエタン脱水素の研究ではLaMnO3にBaドープしたペロブスカイト酸化物の表面でエタン脱水素がどのように進行するかについて、計算化学的なアプローチで検討した。この系では計算化学的に触媒サイクルが成立しないという矛盾があった。これは計算モデルが実験系を十分に再現できていないことによると考えた。そこで、表面吸着種の効果を取り込むため、エタン脱水素中に生じる吸着水素を計算モデルに取り込んだところ、計算化学的に触媒サイクルが成立することを明らかにした。また、Baドープによる反応促進効果をエネルギー計算によって検討した。その結果、エタンの活性化に関与する表面格子酸素がBaドープによって電子欠乏状態になることを明らかにした。
エタン脱水素芳香族化では、ゼオライト触媒の担持金属が芳香族炭化水素の生成機構に与える影響について検討した。低級アルカンの芳香族化ではメタンの場合にMo、エタンやプロパンではGaが有効な担持金属として知られる。この違いを明らかにするため、パルス反応器で過渡的な生成物を調べた。その結果、Gaでは数パルスでベンゼンの生成が確認されたが、Moではベンゼンの生成に60パルス程度が必要となった。Moではベンゼン生成前に活性点の形成期が存在し、これを経てベンゼン生成が促進される。また、副生成物であるメタンやプロピレンの生成挙動が異なることから両者では異なる反応機構でベンゼンの生成が起きていることが示唆された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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