| 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 (2022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 | 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 |
2022年度では貴金属元素とMgOの相互作用の起源を調べるために、第5,6周期の5種類の元素（Ru,Rh,Pd,Ir,Pt）のナノ粒子とMgOを混合し、エックス線吸収スペクトルによって微細構造を調べた。その結果、これらを焼成すると固溶体を析出したのちに、900～1000℃の再析出するという現象が共通して起こることを見出した。一方、AgおよびAuとMgOを混合物を熱処理しても固溶体は生成しなかった。固溶体を生成した元素の価数は2または3価であり、これらのカチオンはMg2+と近いイオン半径を有してたことから、MgO中のMg2+とカチオンが交換することで固溶したことが明らかになった。Pd-MgO固溶体によってベンジルアルコール-アニリン反応をおこなったところ、ベンジリデンアニリンが選択的に生成した。活性は反応器中の空気の体積によって大きく変化したことから、Pdの一部がPdOに酸化され、金属PdとPdOが共存した触媒がベンジルアルコールからベンズアルデヒドへの酸化を促進し、生成したベンズアルデヒドとアニリンが反応したことでベンジリデンアニリンが選択的に生成したことを推察した。一方、Ru-MgOを触媒としてアンモニアの分解反応をおこなったところ、活性は焼成温度によって変化し、900℃で熱処理した試料がもっとも高い活性を示した。これは、900℃で焼成することでよく分散したRuがMgOの表面に析出したためであると考えられる。また、Pt-MgO固溶体がヒドロシリル化反応に高い活性を示すことを見出した。水素によって処理したPt-MgO固溶体触媒が高い活性を示したため、金属PtとPt4+が反応に関与しているという可能性が考えられる。
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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
5種類の貴金属元素とMgOが強く相互作用し、固溶体を生成すること、さらに約900℃で焼成することで再析出することを明らかにし、再析出した触媒がヒドロシリル化等の反応に高い活性を示すことを見出したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
貴金属元素-MgO固溶体を沸騰水で処理することで、MgOをMg(OH)2に転換した試料をさまざまな温度で熱処理することで、固溶-再析出が可逆的に起こることを調べ、沸騰水処理による凝集・劣化した試料の再生について検討する。さらにUSYゼオライトの細孔にMgOを導入したMgO/USYに貴金属元素を含浸、焼成することでMgOの表面付近に貴金属元素を固溶させ、焼成することで分散度の高い金属クラスター粒子を生成させる。調製した試料によってヒドロシリル化等の反応をおこない、高活性発現のメカニズムを明らかにする。
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