• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実施状況報告書

ホウ化水素シートを用いた新規触媒群の創出

研究課題

研究課題/領域番号 18K18989
研究機関筑波大学

研究代表者

近藤 剛弘  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70373305)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード2次元物質 / ホウ化水素 / ボロファン / 硼素
研究実績の概要

本研究の目的は,我々が世界で初めて単離生成を実現して2017年に論文発表した新規2次元物質であるホウ化水素(ボロファン)シート[J. Am. Chem. Soc. 139 (2017) 13761-13769.]を用い,新しい触媒材料群を創出することです。ホウ化水素シートは二ホウ化マグネシウム(MgB2)のマグネシウム正イオンと水素の正イオン(プロトン)とをイオン交換して劈開することで生成したシート状の物質です。触媒作用において有利となる表面積が広いという特徴(理論最大値:4068 m2/g)があり,水素がプロトンとして物質内に存在しているため,固体酸の性質を示すという特徴があります。
本年度は研究計画に沿ってエタノール改質反応をテスト反応とみなして,ホウ化水素シートの触媒特性について触媒反応素過程や活性化障壁や頻度因子の算出などの基礎科学的な解析を行いました.まずホウ化水素上で493 K以上の温度でエタノールの転換が起きることがわかりました .次にガスクロマトグラフ解析により主要な生成物としてC2H4が検出され, 12時間以上同程度の触媒活性の維持が確認され,得られる炭化水素の総量がホウ化水素のホウ素数の2倍以上であることがわかりました.そしてこのことにより, ホウ化水素がC2H5OH → C2H4 + H2Oの反応に対する触媒作用をもつ固体酸触媒であることが示されました. アレニウスプロットにより活性化エネルギーが103 kJ/molであることがわかり,赤外分光を用いた解析により反応が多段階で起きていることが示されました。次年度以降に反応メカニズムの詳細な挙動を同位体を用いた解析から解明するとともに,研究計画に沿って他の触媒反応への応用の検討を行い,新規触媒群の創成を進めます。

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

ホウ化水素のモル数以上の生成物の検出や転化率の維持,選択率がガス流速/触媒質量に依存しないことなどから,ホウ化水素シートがC2H5OH → C2H4 + H2Oの反応に対する触媒作用をもつ固体酸触媒であることを明確に示すことができたため。

今後の研究の推進方策

エタノールの転換反応については引き続き赤外分光などを駆使した反応メカニズムの詳細な挙動を同位体を用いた解析から解明するとともに,研究計画に沿って他の触媒反応への応用の検討を行い,新規触媒群の創成を進めます。

次年度使用額が生じた理由

反応メカニズム解析用の赤外吸収分光システムについて,温度を可変としてガス雰囲気下で且つ高感度に解析ができるようにセルを設計しなおす必要が生じたため設計を行い次年度に作成を行うこととしたため次年度使用額が生じました。セルの構築については次年度に行うこととして予定を変更し,残りの使用計画は当初の計画に沿って進める予定です。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 産業財産権 (3件)

  • [学会発表] Hydrogen boride and boron monosulfide2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kondo
    • 学会等名
      First annual symposium of Tokyo Tech- UCL- McGill core-to-core collaboration, Defect Functionalized Sustainable Energy Materials: From Design to Devices Application
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ~優れた水素吸蔵性能を有する新材料~新規二次元物質ボロファンの合成を実現2019

    • 著者名/発表者名
      近藤剛弘
    • 学会等名
      第1回筑波大学産学連携シンポジウム
  • [学会発表] Catalytic property of hydrogen boride sheets2018

    • 著者名/発表者名
      Asahi FUJINO, Hiroaki NISHINO, Ryota ISHIBIKI, Shin-ichi ITO, Tadahiro FUJITANI, Junji NAKAMURA, Hideo HOSONO, Takahiro KONDO
    • 学会等名
      The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
    • 国際学会
  • [学会発表] ホウ化水素シートの触媒特性2018

    • 著者名/発表者名
      藤野朝日, 石引涼太, 西野弘晃, 伊藤伸一, 藤谷忠博, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
  • [学会発表] ホウ化水素シート上に担持した銅ナノ粒子触媒の調製2018

    • 著者名/発表者名
      石引涼太, 藤田武志, 藤野朝日, 伊藤伸一, 宮内雅浩, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
  • [学会発表] Hydrogen Boride Sheets Derived from MgB2 by Cation Exchange2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo
    • 学会等名
      Materials Science & Technology 2018 Conference & Exhibition (MS&T'18)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hydrogen Boride Sheets Showing Catalytic Activity As Solid Acid Catalyst2018

    • 著者名/発表者名
      A. Fujino, H. Nisino, R. Ishibiki, S. Ito, T. Fujitani J. Nakamura, H. Hosono, T. Kondo
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Stability and Chemical Stability of Hydrogen Boride Sheets2018

    • 著者名/発表者名
      R. Ishibiki, A. Fujino, T. Goto, H. Nishino, S. Ito, N.T. Cuong, M. Miyauchi, J. Nakamura, H. Hosono, and T. Kondo
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] ホウ化水素シート上に担持した銅ナノ粒子触媒の調製2018

    • 著者名/発表者名
      石引涼太, 藤田武志, 藤野朝日, 伊藤伸一, 宮内雅浩, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2018
  • [学会発表] ホウ化水素シートの触媒特性解明2018

    • 著者名/発表者名
      藤野朝日, 伊藤伸一, 西野弘晃, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2018
  • [産業財産権] 還元材料、複合体、還元方法2019

    • 発明者名
      近藤剛弘, 藤野朝日, 石引涼太, 後藤大河, (他4名)
    • 権利者名
      近藤剛弘, 藤野朝日, 石引涼太, 後藤大河, (他4名)
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-42011
  • [産業財産権] 水素貯蔵ならびに放出材料2018

    • 発明者名
      宮内雅浩, 河村玲哉, 近藤剛弘
    • 権利者名
      宮内雅浩, 河村玲哉, 近藤剛弘
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-118560
  • [産業財産権] 二酸化炭素貯蔵ならびに放出材料2018

    • 発明者名
      近藤剛弘, 藤野朝日, 石引涼太, 後藤大河, 伊藤伸一
    • 権利者名
      近藤剛弘, 藤野朝日, 石引涼太, 後藤大河, 伊藤伸一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-204785

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi