| 研究課題/領域番号 |
19J15344
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 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
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| 研究機関 | 鳥取大学 |
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研究代表者 |
中村 浩史郎 鳥取大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 昇温反応 / メタン / メチル化 / ベンゼン / 酸化状態 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
石油代替炭素資源として期待されているメタンを、プラスチック等の有用化合物へと転換できる触媒の開発を目指す。Coを担持させたMFI型ゼオライト上でのメタンによるベンゼンのメチル化反応において、触媒中の各Co種の微細構造（どのようなCo種があるのか）と化学反応性（どのような条件で反応するのか）を明らかにする。そして、それらの発現機構と触媒活性の知見を元に実用的評価に耐えうる活性の高い触媒を設計する。
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| 研究実績の概要 |
さまざまなmetal/MFIを触媒として酸素流通下・823 Kで前処理を行った後、メタン・ベンゼン昇温反応を行うことで、MFI上の金属種の酸化状態や、メタンによるベンゼンのメチル化活性と反応選択性の関係を調べた。
窒素前処理では不活性だったPd, Pt, Rh/MFIは担持されている金属種が昇温過程でメタンによって還元された。それによって高い脱水素能が発現し、メタンを脱水素する過程である程度ベンゼンのメチル化が進行するものの、副反応であるメタンの単純脱水素が支配的に促進されることがわかった。そして、副反応で生成した炭素種によって活性点が被覆されてしまい、活性が低下したと考えられる。窒素で前処理を行った際には、前処理の段階で金属種が還元されてしまい、副反応の進行で急激に炭素が析出するので、見かけ上活性が見られなかった。一方、Co/MFIは昇温反応過程において、還元挙動が見られず、Coの酸化状態が+II価で安定していることが示唆された。また、773 K以上の高温領域においても、水素生成速度だけでなく、トルエン生成速度も単調に増加した。さらに、これまでの研究から、Co/MFIのルイス酸量と活性との間に強い相関がみられることがわかっている。これらのことから、Co/MFIは還元雰囲気である高温のメタン流通下においても金属の酸化状態が変化せず、適度なルイス酸性と脱水素活性を有していることで、metal/MFIの中で特異的に高い活性を示すと考えられる。なお、昇温反応前後における金属の酸化状態の推測はX線吸収分光（XAS）の結果によって支持されるものであった。
また、Co/MFIのCO吸着in-situ IRスペクトルを詳細に解析した。その結果、高波数側に見られたCOの吸着していたCoサイトが活性種であることが分かった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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