自己組織化ナノポーラス金属による革新的Ｃ１化学触媒の創出

• 研究課題/領域番号: 16H02293
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 高知工科大学 (2018-2020); 東北大学 (2016-2017)
• 研究代表者: 藤田 武志 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (90363382)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円); 2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2018年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2017年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円); 2016年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
• キーワード: ナノポーラス金属 / 触媒 / メタン / 多孔質材料 / 電子顕微鏡

研究成果の概要

本研究の目的は、研究代表者が進めてきたナノポーラス金属を、メタン（Ｃ１：炭素数が１の化合物）から化成品原料や有用な炭素資源へ変換するための革新的触媒へと発展させることである。特に、温暖化ガスの大半を占めるメタンのドライフォーミング反応(CH4+CO2)に注目した。その結果、合成ガス(H2+CO)生成用触媒として耐熱性・耐コーキング性ナノポーラスNi/Y2O3、C2（エチレンなど）生成用触媒としてCaO/Na2CO3複合触媒を見いだすことに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

温暖化ガスである二酸化炭素(CO2)とメタン(CH4)を減らす上で、メタンドライフォーミング反応は重要である。通常は高温度(>800度）で行なわれる反応であり、炭素による被毒作用による劣化もあり、高い耐久性が求められていた。研究代表者は、従来の担持触媒ではなく、スポンジ構造をもったナノポーラス金属触媒によってこの問題の解決に取り組んだ。その結果、550°C 360 時間の反応耐性を持ったナノポーラスニッケル・イットリウム酸化物複合触媒を開発した。また、二酸化炭素を用いたメタンカップリング反応として、地球上のありふれた元素のみで構成されたカルシウム・炭酸ナトリウム複合触媒を開発した。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)
• [雑誌論文] Tailored Catalytic Nanoframes from Metal?Organic Frameworks by Anisotropic Surface Modification and Etching for the Hydrogen Evolution Reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Cai Ze‐Xing、Wang Zhong‐Li、Xia Yan‐Jie、Lim Hyunsoo、Zhou Wei、Taniguchi Ayano、Ohtani Masataka、Kobiro Kazuya、Fujita Takeshi、Yamauchi Yusuke
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 号: 9 ページ: 4747-4755
  • DOI: 10.1002/anie.202010618
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Visible-light-driven photocatalysis via reductant-to-band charge transfer in Cr(III) nanocluster-loaded SrTiO3 system (2020)
  • 著者名/発表者名: Cakra Wardhana Aufandra、Yamaguchi Akira、Shoji Shusaku、Liu Min、Fujita Takeshi、Hitosugi Taro、Miyauchi Masahiro
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 270 ページ: 118883-118883
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118883
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] NiYAl-Derived Nanoporous Catalysts for Dry Reforming of Methane (2020)
  • 著者名/発表者名: Imada Syota、Peng Xiaobo、Cai Zexing、Najib Abdillah Sani Bin Mohd、Miyauchi Masahiro、Abe Hideki、Fujita Takeshi
  • 雑誌名: Materials 巻: 13 号: 9 ページ: 2044-2044
  • DOI: 10.3390/ma13092044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Active faceted nanoporous ruthenium for electrocatalytic hydrogen evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Mohd Najib Abdillah Sani Bin、Iqbal Muhammad、Zakaria Mohamed Barakat、Shoji Shusaku、Cho Yohei、Peng Xiaobo、Ueda Shigenori、Hashimoto Ayako、Fujita Takeshi、Miyauchi Masahiro、Yamauchi Yusuke、Abe Hideki
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 8 号: 38 ページ: 19788-19792
  • DOI: 10.1039/d0ta04223d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Progress in environmental high-voltage transmission electron microscopy for nanomaterials (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Nobuo、Fujita Takeshi、Takahashi Yoshimasa、Yamasaki Jun、Murata Kazuyoshi、Arai Shigeo
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 巻: 378 号: 2186 ページ: 20190602-20190602
  • DOI: 10.1098/rsta.2019.0602
  • 査読あり
• [雑誌論文] CO2 oxidative coupling of methane using an earth-abundant CaO-based catalyst (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang Yongzheng、Cho Yohei、Yamaguchi Akira、Peng Xiaobo、Miyauchi Masahiro、Abe Hideki、Fujita Takeshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 15454-15454
  • DOI: 10.1038/s41598-019-51817-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nanoporous Nickel Composite Catalyst for the Dry Reforming of Methane (2018)
  • 著者名/発表者名: 9.T. Fujita, X. Peng, A. Yamaguchi, Y. Cho, Y. Z. Zhang, K. Higuchi, Y. Yamamoto, T. Tokunaga, S. Arai, M. Miyauchi, H. Abe
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 3 号: 12 ページ: 16651-16657
  • DOI: 10.1021/acsomega.8b02023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hierarchical nanoporous metals as a path toward the ultimate three-dimensional functionality (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Takeshi
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 18 号: 1 ページ: 724-740
  • DOI: 10.1080/14686996.2017.1377047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-Situ TEM Study of a Nanoporous Ni-Co Catalyst Used for the Dry Reforming of Methane (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujita Takeshi、Higuchi Kimitaka、Yamamoto Yuta、Tokunaga Tomoharu、Arai Shigeo、Abe Hideki
  • 雑誌名: Metals 巻: 7 号: 10 ページ: 406-406
  • DOI: 10.3390/met7100406
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ナノポーラスNiAlY複合触媒の低温乾式メタン転換 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今田 翔太、Xiaobo Peng、Abdillah Sani Bin Mohd Naji、宮内 雅浩、阿部 英樹、藤田 武志
  • 学会等名: 2020年167回秋期日本金属学会
• [学会発表] 静電気と多孔質金属電極を利用したガス触媒評価システムの構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤田 武志、笹岡 尚貴
  • 学会等名: 2020年167回秋期日本金属学会
• [学会発表] ナノポーラスニッケル基複合触媒の低温メタンドライリフォーミング (2020)
  • 著者名/発表者名: 今田翔太、藤田武志、Xiaobo Peng, A.S.B.M. Najib, 阿部英樹、宮内雅浩
  • 学会等名: MRM Forum2020
• [学会発表] メタンドライフォーミング反応におけるＣ２転換触媒の創製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤田 武志、張 永政、宮内 雅浩、阿部 英樹
  • 学会等名: 第163回日本金属学会
• [学会発表] Nanoporous metals for green catalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Fujita
  • 学会等名: The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] メタンドライフォーミング反応における高活性触媒の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤田 武志、Peng Xiaobo、宮内 雅浩、阿部 英樹
  • 学会等名: 第161回日本金属学会
• [学会発表] Development of Noble-metal Free and Durable Nanoporous Catalysts for Exhaust-Gas Conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Fujita
  • 学会等名: Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces (PacSurf 2016)
  • 発表場所: Hapuna Beach Prince Horel, Kohala Coast, Hawaii, USA
  • 年月日: 2016-12-11
  • 国際学会
• [学会発表] 排ガス処理用の貴金属フリー触媒の開発と設計指針 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田武志
  • 学会等名: 2016 年真空・表面科学合同講演会 第36 回表面科学学術講演会 第57 回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 名古屋
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] ナノポーラス金属触媒のその場TEM 観察と触媒起源 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田武志
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 その場観察研究部会
  • 発表場所: 九大伊都キャンパス, 福岡
  • 年月日: 2016-11-04
  • 招待講演
• [学会発表] Development of earth-abundant and durable nanoporous catalysts for exhaust-gas conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Fujita
  • 学会等名: Second International Symposium on Nanoporous Materials by Alloy Corrosion
  • 発表場所: Lake Bostal, Germany
  • 年月日: 2016-09-23
  • 国際学会
• [備考] 高知工科大
  • URL: https://www.kochi-tech.ac.jp/profile/ja/fujita-takeshi.html
• [備考] 研究論文と引用数
  • URL: https://publons.com/researcher/2870251/takeshi-fujita/
• [産業財産権] 触媒材料およびその製造方法、並びに合成ガスの製造方法 (2019)
  • 発明者名: 宮内 雅浩、庄司 州作、張 葉平、阿部 英樹、藤田 武志
  • 権利者名: 東京工業大学、物質・材料研究機構、高知工科大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-095821
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 炭化水素変換触媒とその製造方法および炭化水素変換触媒を用いた炭化水素の製造方法 (2018)
  • 発明者名: 藤田武志、張 永政、阿部英樹、宮内雅浩
  • 権利者名: 高知工科大学、物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-164465
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] 低温メタン改質触媒活物質 (2017)
  • 発明者名: 阿部英樹、ポン シャオポ、藤田武志、宮内雅浩、庄司州作
  • 権利者名: 物質・材料研究機構、東北大学、東京工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-159452
  • 出願年月日: 2017