| 研究課題/領域番号 |
22K04833
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 工学院大学 |
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研究代表者 |
奥村 和 工学院大学, 先進工学部, 教授 (30294341)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ルテニウム / 白金 / 酸化ジルコニウム / 酸化セリウム / ベンズアルデヒド / ヒドロシリル化反応 / 固溶体 / 酸化マグネシウム / 貴金属 / 担持金属触媒 / XAFS |
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| 研究開始時の研究の概要 |
均一な粒子径分布を有するポリマー保護金属ナノ粒子をゼオライトおよび酸化物担体に担持し，酸素中で熱処理することで生成する酸化物が分散する過程を追跡し，金属酸化物が分散する過程を時間分解XAFS-XRDを使った速度論に基づいて解析する．また計算科学を併用して分散メカニズムを解明し，Pd/ゼオライトについてはクロロベンゼン誘導体を基質とした鈴木カップリング反応，およびメタンを還元剤としたNOx還元反応を実施しシンタリングおよび溶媒への溶出・再析出によって凝集した触媒を熱処理によって再生できることを実証する．
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| 研究実績の概要 |
2023年度はRuとさまざまな担体との相互作用の本質について調べるために、Ruを6種類の担体(MgO,Al2O3,SiO2,TiO2,ZrO2,CeO2)に担持し、さまざまな温度で熱処理した試料の構造と触媒活性をしらべた。その結果、Ru/ZrO2が空気によるベンジルアルコールの酸化反応によるベンズアルデヒド生成反応に高い活性を示すことを見出した。Ru K-edge XAFSにより、Ruは原子状に分散していることがわかった。したがって、ZrO2を担体とすると、高分散したRu酸化物が生成することによりRu/ZrO2が高い活性を示したことが推察される。また、Ru/ZrO2の触媒活性は焼成温度によって大きく変化し、700℃で焼成した試料がもっとも高い活性を示した。Ruの前駆体について検討したところ、Ruナノ粒子を前駆体として使用した場合でもRu錯体を使用した場合と同等の活性を示す触媒が得られたことから、Ruナノ粒子を熱処理することでRuがZrO2の表面に自発的に分散したことが考えられる。さらに結晶構造の異なるZrO2にRuを担持してその触媒活性を調べると単斜晶ZrO2を担体としたRu/ZrO2のみが高い触媒活性を示すことがわかった。したがって担体であるZrO2の結晶構造により、担持したRuの構造が大きく変化していることが示唆される。一方、Pt/CeO2触媒についても検討をおこない、Pt/CeO2がアルキンのヒドロシリル化反応に対して10回使用しても活性が低下しない触媒の調製や反応条件を見出すことができた。これはPtとCeO2との相互作用により4価のPtがCeO2上で安定に存在したためであると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度までMgOに注目し、Ru,Rh,Pd,Ir,PtとMgOとの相互作用による固溶体の生成と熱処理による貴金属種の再析出について研究してきたが、再析出後にも貴金属の一部がMgOと固溶体を生成するため、これらの触媒活性が低いという問題点があった。2023年度は担体を6種類に拡張し、元素をRuに固定して検討したところ、ZrO2が特異的にRuの高分散化をもたらし、高い触媒活性を発現することを見出した。また、アルキンのヒドロシリル化反応に対して高活性および耐久性のすぐれたPt/CeO2の調製や反応条件を明らかにすることができたことから、おおむね順調に研究が進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
Ru/ZrO2では原子状のRuが生成し、この触媒がベンジルアルコールの酸化反応に高い活性を示すことを見出したが、その活性はZrO2の結晶構造によって大きく異なることが分かっている。これはZrO2の結晶構造によってRuの構造や分散度が大きく変化するためであると予想しているが、その本質は明らかになっていない。本年度はZrO2の結晶構造とRuの相互作用の要因を明らかにすることを主な目的として研究を遂行する。Ru/ZrO2はアルコールの酸化反応のみならず、アミンの酸化反応にも活性を示すことが報告されていることから、Ru/ZrO2によるアミンの酸化反応も実施する。また、高分散したRu酸化物は高い分散度を示すことから、水素で還元することで活性の高い金属Ru触媒が得られることが期待されるため、金属Ruによる触媒反応も試みる予定である。Pt/CeO2触媒については、ヒドロシリル化反応に対する基質展開をおこない、さらに反応雰囲気がPtの構造に与える影響を調べる予定である。
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