| Project/Area Number |
20F20345
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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 | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
WANG GANG 北海道大学, 触媒科学研究所, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 不均一系触媒 / 二酸化炭素 / 水素化 / 低温メタノール合成 / CO2水素化 / In situ/Operando分 |
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| Outline of Research at the Start |
理論と実験を組み合わせた手法を用いて、温和な条件でのCO2水素化反応によるメタノール合成に有効な触媒開発を行う。研究開始初期は、触媒スクリーニングと触媒反応の性能制御因子の解明を行う。In situ/Operando分光や速度論解析を用いて、各触媒の構造・電子状態を決定し、活性・選択性との相関から性能制御因子を決定する。得られる触媒設計指針に基づいて、新規触媒開発も行う。情報科学を利用した"触媒インフォマティクス"に関する知見も積極的に利用する予定としている。実験・理論・データ科学を組み合わせた新しい研究アプローチを用いて、CO2水素化反応によるメタノール合成の学理を築く。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化と化石資源の枯渇への危惧が増す中、サステナブルな炭素資源となり得るCO2を水素化して様々な化学品へ変換する研究が盛んに行われている。その中でもメタノールは化学工業の基幹品であり、多くの研究がなされてきた。CO2/H2からのメタノール合成は既に工業化されているが、Cu系触媒を用いる現行プロセスでは高温高圧(200-300C, 5-10 MPa)の厳しい反応条件が課題となっている。CO2/H2からのメタノール合成は発熱反応であり、反応速度論的に有利な高温条件下ではメタノール収率が低下する。つまりどんなに優れた触媒を用いても、メタノール収率向上のためには大量の未反応ガスのリサイクルが必要となる。このような平衡制約の観点から反応温度の低温化が望まれており、150C以下の低温域におけるCO2/H2からのメタノール合成に関する研究が近年精力的になされている。
本研究では、150CにおけるCO2/H2からのメタノール合成に有効な多元系固体触媒を開発した。Operando分光や速度論解析により、各構成元素の役割を調査し、構造－機能－性能の相関関係を明確化した。また、反応雰囲気や温度の影響を計算結果に導入できる第一原理熱力学法、マイクロキネティクスモデリング等を活用することで実条件に即した理論計算も行い、触媒の高活性要因に関する知見を得た。今後は、これら知見を活かしてさらなる高活性触媒の開発を行う予定としている。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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