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非化石炭素資源の合成化学的変換に有効な不均一系触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K14051
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
研究機関北海道大学

研究代表者

鳥屋尾 隆  北海道大学, 触媒科学研究所, 助教 (80775388)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード二酸化炭素 / バイオマス / サステナブル炭素資源 / 固体触媒 / 水素化 / 第一原理計算 / 触媒インフォマティクス / 機械学習 / Catalysis Informatics / 不均一系触媒 / カルボン酸誘導体 / CO2 / オペランド分光 / 反応場 / 非化石炭素資源
研究成果の概要

天然に豊富に存在するサステナブル炭素資源(CO2、バイオマス等)と安価な軽分子(H2、NH3等)との反応により高付加価値な化学品の合成を可能にする固体触媒プロセスを開発した。具体的には、下記の反応系における、反応開発、触媒開発、メカニズム解析を行い、成果を論文にて報告した。
(1) CO2/H2からのメタノール合成
(2)トリグリセリド、H2、NH3からのアミン合成

研究成果の学術的意義や社会的意義

バイオマスやCO2等のサステナブル炭素資源を高付加価値な化成品に変換する触媒プロセスが開発できたことで、石油利用率のミニマム化・CO2の削減を同時に達成する高難度かつ実用的な触媒プロセス設計が可能となる。本申請により得られた成果は、そのような革新プロセス構築の礎となる。
また、固体触媒の設計理論は体系化されていない部分が多く、触媒探索の方法論は「絨毯爆撃的なスクリーニング」から脱却できていないが、本研究で行った触媒理論を体系化する試みは、関連の触媒反応にも適用可能であり、高活性触媒の開発につながると期待される。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 2件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Isolated Indium Hydrides in CHA Zeolites: Speciation and Catalysis for Nonoxidative Dehydrogenation of Ethane2020

    • 著者名/発表者名
      Maeno Zen、Yasumura Shunsaku、Wu Xiaopeng、Huang Mengwen、Liu Chong、Toyao Takashi、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 号: 10 ページ: 4820-4832

    • DOI

      10.1021/jacs.9b13865

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Machine Learning for Catalysis Informatics: Recent Applications and Prospects2019

    • 著者名/発表者名
      Toyao Takashi、Maeno Zen、Takakusagi Satoru、Kamachi Takashi、Takigawa Ichigaku、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 3 ページ: 2260-2297

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b04186

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Promotional Effect of La in the Three-Way Catalysis of La-Loaded Al2O3-Supported Pd Catalysts (Pd/La/Al2O3)2019

    • 著者名/発表者名
      Jing Yuan、Cai Zhengxu、Liu Chong、Toyao Takashi、Maeno Zen、Asakura Hiroyuki、Hiwasa Satoru、Nagaoka Shuhei、Kondoh Hiroshi、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 2 ページ: 1010-1023

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b03766

    • NAID

      120006953324

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Statistical Analysis and Discovery of Heterogeneous Catalysts Based on Machine Learning from Diverse Published Data2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Keisuke、Toyao Takashi、Maeno Zen、Takakusagi Satoru、Shimizu Ken‐ichi、Takigawa Ichigaku
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 11 号: 18 ページ: 4537-4547

    • DOI

      10.1002/cctc.201900971

    • NAID

      120006866531

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanistic study of the selective hydrogenation of carboxylic acid derivatives over supported rhenium catalysts2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Toyao, Kah Wei Ting, S. M. A. Hakim Siddiki, Abeda S. Touchy, Wataru Onodera, Zen Maeno, Hiroko Ariga-Miwa, Yasuharu Kanda, Kiyotaka Asakura and Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      Catal. Sci. Technol.

      巻: 9 号: 19 ページ: 5413-5424

    • DOI

      10.1039/c9cy01404g

    • NAID

      120006890338

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear Correlations between Adsorption Energies and HOMO Levels for the Adsorption of Small Molecules on TiO2 Surfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Kamachi Takashi、Tatsumi Toshinobu、Toyao Takashi、Hinuma Yoyo、Maeno Zen、Takakusagi Satoru、Furukawa Shinya、Takigawa Ichigaku、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 号: 34 ページ: 20988-20997

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b05707

    • NAID

      120006882088

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heterogeneous Pt and MoOx Co-Loaded TiO2 Catalysts for Low-Temperature CO2 Hydrogenation To form CH3OH2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Toyao, Shingo Kayamori, Zen Maeno, S. M. A. Hakim Siddiki, and Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      ACS Catal. 2019

      巻: 9 号: 9 ページ: 8187-8196

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b01225

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Phenolysis Reactions of Unactivated Amides into Phenolic Esters Promoted by a Heterogeneous CeO 2 Catalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Rashed Md. Nurnobi、Siddiki S. M. A. Hakim、Touchy Abeda Sultana、Jamil Md. A. R.、Poly Sharmin Sultana、Toyao Takashi、Maeno Zen、Shimizu Ken‐ichi
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 25 号: 45 ページ: 10594-10605

    • DOI

      10.1002/chem.201901446

    • 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] Selective Transformations of Triglycerides into Fatty Amines, Amides, and Nitriles by using Heterogeneous Catalysis2019

    • 著者名/発表者名
      Md. A. R. Jamil, S. M. A. Hakim Siddiki, Abeda Sultana Touchy, Md. Nurnobi Rashed, Sharmin Sultana Poly, Yuan Jing, Kah Wei Ting, Takashi Toyao, Zen Maeno, Ken-ichi Shimizu
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 12 号: 13 ページ: 3115-3125

    • DOI

      10.1002/cssc.201900365

    • NAID

      120006866528

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] N-Methylation of Amines and Nitroarenes with Methanol Using Heterogeneous Platinum Catalysts2019

    • 著者名/発表者名
      Md. A. R. Jamil, A. S. Touchy, Md. N. Rashed, K. W. Ting, SMA. H. Siddiki, T. Toyao, Z. Maeno, K. Shimizu
    • 雑誌名

      J. Catal.

      巻: 371 ページ: 47-56

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2019.01.027

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceptorless Dehydrogenative Synthesis of Pyrimidines from Alcohols and Amidines Catalyzed by Supported Pt Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      S. S. Poly, SMA H. Siddiki, A. S. Touchy, K. W. Ting, T. Toyao, Z. Maeno, Y. Kanda, K. Shimizu
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 8 号: 4 ページ: 11330-11341

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b04821

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lewis Acid Catalysis of Nb2O5 for Reactions of Carboxylic Acid Derivatives in the Presence of Basic Inhibitors2018

    • 著者名/発表者名
      Siddiki S. M. A. Hakim、Rashed Md. Nurnobi、Ali Md. Ayub、Toyao Takashi、Hirunsit Pussana、Ehara Masahiro、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 11 号: 1 ページ: 383-396

    • DOI

      10.1002/cctc.201801239

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Esterification of Tertiary Amides by Alcohols Through C-N Bond Cleavage over CeO22018

    • 著者名/発表者名
      Toyao Takashi、Nurnobi?Rashed Md.、Morita Yoshitsugu、Kamachi Takashi、Hakim?Siddiki S. M. A.、Ali Md. A.、Touchy A. S.、Kon Kenichi、Maeno Zen、Yoshizawa Kazunari、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 11 号: 1 ページ: 449-456

    • DOI

      10.1002/cctc.201801098

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Toward effective utilization of methane: machine learning prediction of adsorption energies on metal alloys2018

    • 著者名/発表者名
      Toyao T, Suzuki K, Kikuchi S, Takakusagi S, Shimizu K, Takigawa I
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 (15) 号: 15 ページ: 8315-8326

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b12670

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceptorless dehydrogenative coupling reactions with alcohols over heterogeneous catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Hakim Siddiki S. M. A.、Toyao Takashi、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      Green Chemistry

      巻: 20 号: 13 ページ: 2933-2952

    • DOI

      10.1039/c8gc00451j

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Catalytic Reduction of Carboxylic Acid Derivatives and CO2 by Metal Nanoparticles on Lewis-Acidic Supports2018

    • 著者名/発表者名
      Toyao Takashi、Hakim?Siddiki S. M. A.、Kon Kenichi、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      The Chemical Record

      巻: 18 号: 10 ページ: 1374-1393

    • DOI

      10.1002/tcr.201800061

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Interfacial Sites between Cu and Amorphous ZrO2 Dedicated to CO2-to-Methanol Hydrogenation2018

    • 著者名/発表者名
      Tada Shohei、Kayamori Shingo、Honma Tetsuo、Kamei Hiromu、Nariyuki Akane、Kon Kenichi、Toyao Takashi、Shimizu Ken-ichi、Satokawa Shigeo
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 8 号: 9 ページ: 7809-7819

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b01396

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceptorless Dehydrogenative Synthesis of Pyrimidines from Alcohols and Amidines Catalyzed by Supported Platinum Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Sultana Poly Sharmin、Siddiki S. M. A. Hakim、Touchy Abeda S.、Ting Kah Wei、Toyao Takashi、Maeno Zen、Kanda Yasuharu、Shimizu Ken-ichi
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 8 号: 12 ページ: 11330-11341

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b02814

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Pt/MoOx/TiO2触媒を用いた逆水性ガスシフト反応2019

    • 著者名/発表者名
      山口 太一・Cai Zhengxu・鳥屋尾 隆・前野 禅・清水 研一
    • 学会等名
      第59回オーロラセミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 触媒関連分野におけるデータ科学の応用例2019

    • 著者名/発表者名
      鳥屋尾隆
    • 学会等名
      先端化学・材料技術部会 高選択性反応分科会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固体触媒を用いた二酸化炭素水素化による低温メタノール合成2019

    • 著者名/発表者名
      鳥屋尾隆
    • 学会等名
      第19回北海道支部講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Selective Hydrogenation of Carboxylic Acid Derivatives and CO2 over TiO2-Supported Rhenium Catalysts2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Toyao, Kah Wei Ting, S. M. A. H. Siddiki, Ken-ichi Shimizu
    • 学会等名
      The 8th Asia Pacific Congress on Catalysis(APCAT-8)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 固体触媒系を用いたCO2/H2混合ガスによる芳香族化合物のメチル化2019

    • 著者名/発表者名
      鎌倉春花, 陳 家偉, 鳥屋尾 隆, 前野 禅, 松下 康一, 清水 研一
    • 学会等名
      第124回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Statistical Analysis and Design of Heterogeneous Catalysis Using Machine Learning2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Toyao, Satoru Takakusagi, Ichigaku Takigawa, Ken-ichi Shimizu
    • 学会等名
      IRCCS The 2nd International Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] TiO2-supported Re as a heterogeneous catalyst for selective hydrogenation of carboxylic acids and their derivatives2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Toyao, S. M. A. H. Siddiki, Ken-ichi Shimizu
    • 学会等名
      The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Re/TiO2を用いた二酸化炭素水素化反応によるメタノールの選択的合成2018

    • 著者名/発表者名
      陳家偉、鳥屋尾隆、清水研一
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 担持Pt触媒を用いたCO2の水素化による低温メタノール合成2018

    • 著者名/発表者名
      栢森真吾、鳥屋尾隆、清水研一
    • 学会等名
      第58回オーロラセミナー
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] メタンの有効利用を目的とした機械学習による吸着エネルギー予測2018

    • 著者名/発表者名
      鳥屋尾隆、高草木達、瀧川一学、清水研一
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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