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材料科学および理論科学の融合による高性能なバイオマス変換用固体触媒の創生

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0135
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

配分区分基金
審査区分 中区分27:化学工学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

中島 清隆  北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (90451997)

研究分担者 大友 亮一  北海道大学, 地球環境科学研究院, 准教授 (10776462)
谷口 博基  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワードバイオマス変換 / 再生可能な炭素資源 / 二酸化炭素削減 / バイオマスポリマー / 固体触媒 / バイオマス / 酸塩基 / 酸化還元 / 機能性酸化物
研究成果の概要

触媒科学・材料科学に基づく新しい固体触媒および触媒反応のデザインと,計算科学を駆使した固体触媒表面の反応ダイナミクスの解明に関する研究を組み合わせて,グルコースを原料として有用ポリエステルの原料となるジカルボン酸とそのメチルエステル体の合成法を構築する.アセタール化を取り入れた新しい反応により,実用化へ向けた最大のハードルとなる固体副生成物の生成を伴わない実用化を指向したプロセスを目指す.

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界的な競争が激化する現在でも,フランジカルボン酸の大量合成を可能にする技術開発は開発されていなかった.我々の“アセタール保護を利用した酸化・酸化的エステル化反応”は環境負荷および生産性の観点から非常に優れた技術であり,実用プロセス設計の基盤となる.踏み込んだコスト削減やプロセスの簡略化など更なる研究は必要となるが,化石資源由来のテレフタル酸を基盤とした芳香族ポリマーを再生可能な炭素資源であるバイオマス由来品に代替する基盤技術の確立が加速すると考えている.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 5件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 11件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Eindhoven University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Eindhoven University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Schuit Institute of Catalysis/Department of Chem. Eng. & Chemistry/Eindhoven University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Ni2P Nanoalloy as an Air-Stable and Versatile Hydrogenation Catalyst in Water: P-Alloying Strategy for Designing Smart Catalysts2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Shu、Yamaguchi Sho、Yamasaki Jun、Nakajima Kiyotaka、Yamazoe Seiji、Mizugaki Tomoo、Mitsudome Takato
    • 雑誌名

      Chemistry European Journal

      巻: 27 号: 13 ページ: 4439-4446

    • DOI

      10.1002/chem.202005037

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Air-Stable and Reusable Cobalt Phosphide Nanoalloy Catalyst for Selective Hydrogenation of Furfural Derivatives2021

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Hiroya、Sheng Min、Nakata Ayako、Nakajima Kiyotaka、Yamazoe Seiji、Yamasaki Jun、Yamaguchi Sho、Mizugaki Tomoo、Mitsudome Takato
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 11 号: 2 ページ: 750-757

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c03300

    • NAID

      120006952198

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Air-stable and reusable nickel phosphide nanoparticle catalyst for the highly selective hydrogenation of d-glucose to d-sorbitol2021

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Sho、Fujita Shu、Nakajima Kiyotaka、Yamazoe Seiji、Yamasaki Jun、Mizugaki Tomoo、Mitsudome Takato
    • 雑誌名

      Green Chemistry

      巻: 23 号: 5 ページ: 2010-2016

    • DOI

      10.1039/d0gc03301d

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nano vs. bulk rutile TiO2:N,F in Z-scheme overall water splitting under visible light2020

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Miyoshi, Kosaku Kato, Toshiyuki Yokoi, Jan J. Wiesfeld, Kiyotaka Nakajima, Akira Yamakata and Kazuhiko Maeda
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 8 号: 24 ページ: 11996-12002

    • DOI

      10.1039/d0ta04450d

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Water-Resistant Pt Sites in Hydrophobic Mesopores Effective for Low-Temperature Ethylene Oxidation2020

    • 著者名/発表者名
      Satter Shazia S.、Hirayama Jun、Kobayashi Hirokazu、Nakajima Kiyotaka、Fukuoka Atsushi
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 22 ページ: 13257-13268

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c02816

    • NAID

      120007171681

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controllable Factors of Supported Ir Complex Catalysis for Aromatic C?H Borylation2020

    • 著者名/発表者名
      Maeda Kyogo、Uemura Yohei、Chun Wang-Jae、Satter Shazia Sharmin、Nakajima Kiyotaka、Manaka Yuichi、Motokura Ken
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 24 ページ: 14552-14559

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c03734

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Catalytic Conversion of Lignocellulosic Biomass:Application of Heterogeneous and Homogeneous Catalysts to Process Biomass into Value-Added Compounds2020

    • 著者名/発表者名
      Wiesfeld Jan J.、Hensen Emiel J. M.、Nakajima Kiyotaka
    • 雑誌名

      Advanced Heterogeneous Catalysts Volume 1: Applications at the Nano-Scale

      巻: Chapter 5 ページ: 151-182

    • DOI

      10.1021/bk-2020-1359.ch005

    • ISBN
      9780841298804, 9780841298798
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural and its acetal with 1,3-propanediol to 2,5-bis(hydroxymethyl)furan using supported rhenium-promoted nickel catalysts in water2020

    • 著者名/発表者名
      Wiesfeld, Jan J.; Kim, Minjune; Nakajima, Kiyotaka; Hensen, Emiel J. M.
    • 雑誌名

      Green Chemistry

      巻: 22 号: 4 ページ: 1229-1238

    • DOI

      10.1039/c9gc03856f

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unique Catalysis of Nickel Phosphide Nanoparticles to Promote the Selective Transformation of Biofuranic Aldehydes into Diketones in Water2020

    • 著者名/発表者名
      Fujita, Shu; Nakajima, Kiyotaka; Yamasaki, Jun; Mizugaki, Tomoo; Jitsukawa, Koichiro; Mitsudome, Takato
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 10 号: 7 ページ: 4261-4267

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b05120

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effective strategy of furan dicarboxylate production for biobased polyester applications2019

    • 著者名/発表者名
      Minjune Kim, Yaqiong Su, Atsushi Fukuoka, Takayuki Aoshima, Emiel J. M. Hensen, Kiyotaka Nakajima
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 9 号: 5 ページ: 4277-4285

    • DOI

      10.1021/acscatal.9b00450

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of a Co-immobilized Tertiary Amine on the Structure and Reactivity of a Rh Complex: Accelerating Effect on Heterogeneous Hydrosilylation2019

    • 著者名/発表者名
      Maeda Kyogo, Uemura Yohei, Kim Minjune, Nakajima Kiyotaka, Tanaka Shinji, Chun Wang-Jae, Motokura Ken
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 号: 23 ページ: 14556-14563

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b03280

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lewis Acid and Base Catalysis of YNbO4 Toward Aqueous‐Phase Conversion of Hexose and Triose Sugars to Lactic Acid in Water2019

    • 著者名/発表者名
      Kim Minjune, Ronchetti Silvia, Onida Barbara, Ichikuni Nobuyuki, Fukuoka Atsushi, Kato Hideki, Nakajima Kiyotaka
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 12 号: 1 ページ: 350-359

    • DOI

      10.1002/cctc.201901435

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis of 5-hydroxymethylfurfural from highly concentrated aqueous fructose solutions using activated carbon2019

    • 著者名/発表者名
      Nishimura, Yuichi; Suda, Manato; Kuroha, Mai; Kobayashi, Hirokazu; Nakajima, Kiyotaka; Fukuoka, Atsushi
    • 雑誌名

      Carbohydrate Research

      巻: 486 ページ: 107826-107826

    • DOI

      10.1016/j.carres.2019.107826

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 触媒法バイオマス変換による基幹化学品合成2019

    • 著者名/発表者名
      佐川拓矢, 中島清隆, 福岡淳
    • 雑誌名

      触媒

      巻: 61 ページ: 182-188

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Glucose-to-Fructose Isomerization in Ethanol Catalyzed by Hydrotalcites2019

    • 著者名/発表者名
      Mizuho Yabushita, Natsumi Shibayama, Kiyotaka Nakajima, Atsushi Fukuoka
    • 雑誌名

      ACS Catalysis

      巻: 9 号: 3 ページ: 2101-2109

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b05145

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 低温におけるルテニウム担持触媒を用いたエチレン酸化2021

    • 著者名/発表者名
      長内有輝, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2021年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 担持金属触媒によるエチレンの低温酸化2021

    • 著者名/発表者名
      八鍬秀, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2021年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 担持ルテニウム触媒を利用したバイオマス由来アセタールの水素化反応2020

    • 著者名/発表者名
      遠藤幸一朗, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Selective oxidation of 5-hydroxymethylfurfural-acetal to 2,5-diformylfuran in concentrated solutions2020

    • 著者名/発表者名
      T. Boonyakarn, J. Wiesfeld, K. Nakajima, A. Fukuoka
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Selective Production of Biobased 5-Formylfuran-2-carboxylic Acid in High Concentration2020

    • 著者名/発表者名
      J. Wiesfeld, M. Asakawa, A. Fukuoka, E. J. M. Hensen, K. Nakajima
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 金属酸化物の固体酸塩基触媒作用~バイオマス変換を例にして~2019

    • 著者名/発表者名
      中島清隆
    • 学会等名
      第13回触媒道場
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A new strategy for Chemocatalytic Production of Biomass-derived Carbohydrates and Diols2019

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Nakajima
    • 学会等名
      108th MSL Lecture (Japan-Taiwan Joint Mini-Workshop on Catalysis)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Direct Conversion of Glucose to Erythrose and Glycol Aldehyde in Ethanol by Selective Retro-aldolization2019

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Shibayama, Mizuho Yabushita, Kiyotaka Nakajima, Atsushi Fukuoka
    • 学会等名
      14th EuropaCat - European Congress on Catalysis
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New Strategy for Selective Production of FDCA from Concentrated HMF-acetal Solutions with CeO2-Supported Au Catalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Nakajima, Minjune Kim, Yaqiong Su, Atsushi Fukuoka, Emiel J.M. Hensen
    • 学会等名
      14th EuropaCat - European Congress on Catalysis
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An efficient strategy for practical furan dicarboxylate production for biobased polymer applications2019

    • 著者名/発表者名
      Minjune Kim, Yaqiong Su, Takayuki Aoshima, Atsushi Fukuoka, Emiel J. M. Hensen, Kiyotaka Nakajima
    • 学会等名
      14th EuropaCat - European Congress on Catalysis
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ハイドロキシアパタイト担持金属触媒を用いた選択的5-ホルミル-2-フランカルボン酸(FFCA)合成2019

    • 著者名/発表者名
      淺川みゆき, K. Minjune, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      第124回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] アセタール化を利用したグルコースの逆アルドール反応によるエリスロース誘導体合成2019

    • 著者名/発表者名
      柴山夏実, 藪下瑞帆, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      第124回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 逐次的な逆アルドール反応・アセタール化によるグルコースからエリスロースとグリコールアルデヒド誘導体の選択合成2019

    • 著者名/発表者名
      柴山夏実, 藪下瑞帆, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      化学系協会北海道支部2020年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒドロキシアパタイト担持金属触媒を用いた選択的5-ホルミル-2-フランカルボン酸(FFCA)合成2019

    • 著者名/発表者名
      淺川みゆき, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      化学系協会北海道支部2020年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 担持金属触媒を利用したグリコールアルデヒドジエチルアセタールの水素化反応2019

    • 著者名/発表者名
      遠藤幸一朗, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      化学系協会北海道支部2020年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Glucose conversion to erythrose and glycolaldehyde diethylacetals by selective retro-aldolization and subsequent acetalization (Poster)2019

    • 著者名/発表者名
      柴山夏実, 藪下瑞帆, 中島清隆, 福岡淳
    • 学会等名
      統合物質創製化学研究推進機構第5回国内シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New Strategy for Selective Production of Furan 2,5-dicarboxylic Acid from Concentrated HMF Solutions with CeO2-supported Au Catalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Nakajima
    • 学会等名
      ICAT-Cardiff Catalysis Institute Joint International Symposium on Catalysis, Cardiff, UK
    • 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] Smart HMF conversion to FDCA and its carboxylates with supported Au catalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Nakajima
    • 学会等名
      International Symposium on Heterogeneous Catalysis for Sustainable Energy and Chemical Production, Sapporo, Japan
    • 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] A new strategy for the production of furan dicarboxylic acid with ceria-supported gold nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Nakajima
    • 学会等名
      Department seminar, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Faculty of Engineering, National University of Singapore
    • 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] A New Route for the Formation of FDCA from a Cyclic HMF-Acetal with a Supported Au Catalyst2018

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Nakajima, Minjune Kim, Yaqiong Su, Atsushi Fukuoka, Emiel J.M. Hensen
    • 学会等名
      7th Asia-Oceania Conference on Green and Sustainable Chemistry, Singapore
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Isomerization of glucose to fructose by solid base catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Shibayama, Mizuho Yabushita, Kiyotaka Nakajima, Atsushi Fukuoka
    • 学会等名
      7th Asia-Oceania Conference on Green and Sustainable Chemistry, Singapore
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A New Route for the Formation of Furan 2,5-Dicarboxylic Acid from a Cyclic HMF-Acetal2018

    • 著者名/発表者名
      Minjune Kim, Yaqiong Su, Atsushi Fukuoka, Emiel J.M. Hensen, Kiyotaka Nakajima
    • 学会等名
      International Symposium on Catalysis ad Fine Chemicals 2018, Bangkok, Thailand
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-10-12   更新日: 2022-01-27  

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