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

• 研究課題/領域番号: 15J00156
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 朱 陽 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 1,940千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 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

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Max Planck Institute for Coal Research(Germany)
• [国際共同研究] Institut Charles Gerhardt Montpellier(France)
• [国際共同研究] Rutgers University(米国)
• [雑誌論文] Grafted Polymethylhydrosiloxane on Hierarchically Porous Silica Monoliths: A New Path to Monolith Supported Palladium Nanoparticles for Continuous Flow Catalysis Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 9 号: 1 ページ: 406-412
  • DOI: 10.1021/acsami.6b12653
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Amine/hydrido Bifunctional Nanoporous Silica with Small Metal Nanoparticles Made Onsite: Efficient Dehydrogentaion Catalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 9 号: 1 ページ: 36-41
  • DOI: 10.1021/acsami.6b12972
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Monolithic Acidic Catalysts for the Dehydration of Xylose into Furfural (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhu, Kazuyoshi Kanamori, Brun Nicolas, Pelisson Carl-Hugo, Moitra Nirmalya, Fajula Francois, Hulea Vasile, Galarneau Anne, Kazuyuki Takeda, Kazuki Nakanishi
  • 雑誌名: Catalysis Communication 巻: 87 ページ: 112-115
  • DOI: 10.1016/j.catcom.2016.09.014
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hierarchically Porous Titanium Phosphate Monoliths and Their Crystallization Behavior in Ethylene Glycol (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhu, Koji Yoneda, Kazuyoshi Kanamori, Kazuyuki Takeda, Tsutomu Kiyomura, Hiroki Kurata, Kazuki Nakanishi
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: - 号: 5 ページ: 4153-4159
  • DOI: 10.1039/c5nj02820e
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metal Zirconium Phosphate Macroporous Monoliths: Versatile Synthesis, Thermal Expansion and Mechanical Properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhu, Kazuyoshi Kanamori, Nirmalya Moitra, Kohei Kadono, Shugo Ohi, Norimasa Shimobayashi, Kazuki Nakanishi
  • 雑誌名: Microporous Mesoporous Materials 巻: 225 ページ: 122-127
  • DOI: 10.1016/j.micromeso.2015.12.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Sol-gel synthesis of hierarchically porous metal phosphate monolithic materials for various applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Koji YONEDA, Ayumu TANAKA, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: Fifth International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2017-03-06
  • 国際学会
• [学会発表] Robust Hierarchically Porous Zirconium Phosphate Monoliths for Various Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: 2016’ Sol-Gel Symposium of China & International Forum
  • 発表場所: Changsha, China
  • 年月日: 2016-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 朱陽、金森主祥、中西和樹
  • 学会等名: 日本ゾル-ゲル学会第14回討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-08-08
• [学会発表] Metal zirconium phosphate macroporous monoliths: versatile synthesis, thermal expansion and mechanical properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang ZHU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
  • 学会等名: 13th International Conference on Ceramic Processing Science
  • 発表場所: Nara
  • 年月日: 2016-05-08
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Hierarchically Porous Titanium Phosphate Monoliths and Their Crystallization Behavior in Ethylene Glycol (2016)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhu, Koji Yoneda, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • 学会等名: KNN symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-02-16
  • 国際学会
• [学会発表] Sol-Gel Synthesis of Robust Hierarchically Porous Monolithic Metal(IV) Phosphate Materials for Efficient Ion Adsorption (2015)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhu, Koji Yoneda, Taiyo Shimizu, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 朱陽、長谷川丈二、金森主祥、中西和樹
  • 学会等名: 日本ゾル－ゲル学会第13回討論会
  • 発表場所: 北海道大学（鈴木章記念ホール）
  • 年月日: 2015-11-19
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 朱陽、長谷川丈二、中西和樹、金森主祥
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学（五福キャンパス）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] Sol-Gel Synthesis of Porous Monolithic Phosphate Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhu, Koji Yoneda, Ayumu Tanaka, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • 学会等名: XVIII International Sol-Gel Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: http://www.icgm.fr/squelettes/statique/documents/Fajula_CV.pdf
• [備考]
  • URL: http://chem.rutgers.edu/~asefa/Site_3/Home.html