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金属間化合物―固溶体ハイブリッドアロイを用いた高効率触媒系の開発とその学理の構築

研究課題

研究課題/領域番号 17H04965
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 触媒・資源化学プロセス
研究機関北海道大学

研究代表者

古川 森也  北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (10634983)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)
2019年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2018年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2017年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
キーワード合金触媒 / 金属間化合物 / 擬二元系合金 / 脱水素 / 排ガス浄化 / 水素キャリア / ハイブリッドアロイ / 合金 / 触媒 / 固溶体合金 / 位置選択性 / 触媒設計
研究成果の概要

本研究では、従来の金属材料と比べ、より柔軟かつ自由度の高い触媒設計が可能な新規合金材料「金属間化合物―固溶体ハイブリッドアロイ」の開発を目指し、材料開発と触媒応用、反応機構解析を統合した包括的研究を行った。その結果、排ガス浄化反応や水素生成反応といった社会的重要度の高い触媒反応系において、極めて高い触媒性能を示す新規合金触媒を開発することに成功した。今回得られた触媒性能は、従来型の金属・合金材料では達成することが難しいものであり、金属間化合物―固溶体ハイブリッドアロイの理念に基づく新規触媒設計指針が極めて有効であることを実証するものである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、これまでの金属触媒の設計概念を大幅に拡張できることを示したものであり、今回達成した反応系以外にも展開可能な普遍的な学術的理念と化学技術を確立したと言える。そのため、今後の自身の研究展開はもちろん、世界の研究者に対しても波及効果が期待できるものである。また、今回高効率化を達成した反応系は排ガス浄化や水素生成といった社会的重要度の高いものであり、本触媒系が社会に与えるインパクトも非常に大きいと言える。実際に、水素生成(メチルシクロヘキサン脱水素)の成果は新聞記事としても取り上げられ、社会からの関心の高さが示された。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 4件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 11件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] National University of Singapore(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] National University of Singapore(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] National University of Singapore(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Active, Selective, and Durable Catalyst for Alkane Dehydrogenation Based on a Well-designed Trimetallic Alloy2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nakaya, Masayoshi Miyazaki, Seiji Yamazoe, Ken-ichi Shimizu, Shinya Furukawa
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 9 ページ: 5163-5172

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c00151

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catalytic production of alanine from waste glycerol2020

    • 著者名/発表者名
      Yunzhu Wang, Shinya Furukawa, Song Song, Qian He, Hiroyuki Asakura, Ning Yan
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 号: 6 ページ: 2289-2293

    • DOI

      10.1002/anie.201912580

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Organonitrogen Chemicals from Oxygen-Containing Feedstock over Heterogeneous Catalysts2020

    • 著者名/発表者名
      Yunzhu Wang, Shinya Furukawa, Xinpu Fu, Ning Yan
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 1 ページ: 311-335

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b03744

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly Active and Noble-Metal-Alternative Hydrogenation Catalysts Prepared by Dealloying Ni-Si Intermetallic Compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Wiyanti F. Simanullang, Hiroshi Itahara, Naoko Takahashi, Satoru Kosaka, Ken-ichi Shimizu, Shinya Furukawa
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 号: 93 ページ: 13999-14002

    • DOI

      10.1039/c9cc07862b

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Cu-Pd single-atom alloy catalyst for highly efficient NO reduction2019

    • 著者名/発表者名
      Feilong Xing, Jaewan Jeon, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu, Shinya Furukawa
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 10 号: 36 ページ: 8292-8298

    • DOI

      10.1039/c9sc03172c

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extraordinarily large kinetic isotope effect on alkene hydrogenation over Rh-based intermetallic compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa, Pingping Yi, Yuji Kunisada, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 20 号: 1 ページ: 805-812

    • DOI

      10.1080/14686996.2019.1642139

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of an Active NiCu Catalyst for Nitrile Synthesis from Alcohol2019

    • 著者名/発表者名
      Yunzhu Wang, Shinya Furukawa, Ning Yan
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 9 号: 8 ページ: 6681-6691

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b00043

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Na-Melt Synthesis of Fine Ni3Si Powders as a Hydrogenation Catalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Itahara, Wiyanti F. Simanullang, Naoko Takahashi, Satoru Kosaka, Shinya Furukawa
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 58 号: 9 ページ: 5406-5409

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b00521

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Modification of PdZn Nanoparticles via Galvanic Replacement for the Selective Hydrogenation of Terminal Alkynes2019

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Masayoshi、Furukawa Shinya、Takayama Tomoaki、Yamazoe Seiji、Komatsu Takayuki
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 2 号: 5 ページ: 3307-3314

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b00761

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Pd-based pseudo-binary alloy catalysts for highly active and selective NO reduction2019

    • 著者名/発表者名
      Jaewan Jeon, Ken-ichi Kon, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu, Shinya Furukawa
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 10 号: 15 ページ: 4148-4162

    • DOI

      10.1039/c8sc05496g

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heterogeneous Additive-Free Hydroboration of Alkenes Using Cu-Ni/Al2O3: Concerted Catalysis Assisted by Acid-Base Properties and Alloying Effects2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa, Mayuko Ieda, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 9 号: 6 ページ: 5096-5103

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b04988

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxidant free conversion of alcohols to nitriles over Ni-based catalysts2019

    • 著者名/発表者名
      Yunzhu Wang, Shinya Furukawa, Zhang Zhang, Laura Torrente-Murciano, Saif A. Khan, Ning Yan
    • 雑誌名

      Catalysis Science & Technology

      巻: 9 号: 1 ページ: 86-96

    • DOI

      10.1039/c8cy01799a

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Remarkable Enhancement in Hydrogenation Ability by Phosphidation of Ruthenium: Specific Surface Structure Having Unique Ru Ensembles2018

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Shinya、Matsunami Yukihiko、Hamada Ikutaro、Hashimoto Yasushi、Sato Yasushi、Komatsu Takayuki
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 8 号: 9 ページ: 8177-8181

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b02582

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Regio- and Chemoselective Hydrogenation of Dienes to Monoenes Governed by a Well-Structured Bimetallic Surface2017

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Masayoshi, Furukawa Shinya, Komatsu Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 139 号: 50 ページ: 18231-18239

    • DOI

      10.1021/jacs.7b08792

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Novel Concept for Catalyst Design based on Alloy Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      Southeast Asia Catalysis Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 合金材料を基盤とした金属反応場の精密設計2019

    • 著者名/発表者名
      古川 森也
    • 学会等名
      第35回ライックセミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Design of Palladium-based alloy catalyst for highly active and selective NO reduction2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa, Jaewan Jeon, Kenichi Shimizu
    • 学会等名
      the 8th Asia Pacific Congress in Catalysis
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel Concept for Catalyst Design based on Alloy Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      ETH-ICAT joint symposium on catalysis
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel Concept for Catalyst Design based on Intermetallic Compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      International Symposium Intermetallic Compounds in Catalysis
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金属反応場の精密設計 ー現状と展望ー2019

    • 著者名/発表者名
      古川 森也
    • 学会等名
      触媒材料の金属学研究会 第4回ミニシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Highly active and selective deNOx catalyst using Pd(In1-xCux)/Al2O3 pseudo-binary alloys2019

    • 著者名/発表者名
      Jaewan Jeon, Ken-ichi Kon, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu, Shinya Furukawa
    • 学会等名
      Cardiff Catalysis Institute - Hokkiado ICAT Joint International Symposium on Catalysis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Catalyst Design based on Alloy Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      6th International Symposium of Institute for Catalysis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NO-CO反応に高い活性・選択性を示す Pd(In0.33Cu0.67)擬二元系合金の開発とその作用機構2019

    • 著者名/発表者名
      古川森也・全載完・今健一・清水研一
    • 学会等名
      第123回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Selective Catalysis Controlled by Specific andHighly Ordered Surface Atomic Arrangementof Intermetallic Compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      Pre-conference of TOCAT8 and the 5th International Symposium of Institute for Catalysis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 合金材料に潜む新しい触媒化学の描像2018

    • 著者名/発表者名
      古川 森也
    • 学会等名
      第16回触媒化学ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Highly efficient molecular transformation using ordered alloys as catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      The 255th ACS National Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Steric Effects on Bimetallic Catalysis Governed by Specific Atomic Arrangement of Ordered Alloys2017

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Well-structured Bimetallic Surface Capable of Molecular Recognition for Chemoselective Nitroarene Hydrogenation2017

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa, Katsuya Takahashi, Takayuki Komatsuc
    • 学会等名
      EUROPACAT2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Catalytic Chemistry of Ordered Alloys2017

    • 著者名/発表者名
      Shinya Furukawa
    • 学会等名
      TU/e-ICAT Joint International Symposium on Catalysis for Sustainable Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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