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2021 年度 実績報告書

コア-シェル型ナノ触媒の創製とその特性に基づいた革新的分子変換反応系の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H02523
研究機関大阪大学

研究代表者

満留 敬人  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00437360)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード水素化反応 / 合金 / ナノ粒子 / グリーンケミストリ―
研究実績の概要

1.スルホキシドの脱酸素反応に高活性を示すリン化ルテニウム触媒の開発(1)
ルテニウムとリンとを合金化した直径約3ナノメートルのナノ粒子触媒(Ru-P/SiO2)は、スルホキシドからスルフィドへの脱酸素反応において、リン化していないルテニウムナノ粒子に比べ10倍の活性を示し、その触媒回転数は世界最高値を示した。分光学的手法による触媒の構造解析や理論計算から、Ru-P/SiO2では、硫黄が強く吸着するサイトの数がルテニウムに比べて8分の1と少ないため、触媒表面への硫黄化合物の吸着が起きにくく、高い耐久性が発現していることを明らかにした。触媒被毒の影響を抑えた高効率かつ長寿命な次世代型触媒プロセス構築の基礎技術になると期待できる。
2.エステルからエーテルへの直接水素化脱酸素反応を可能とする担持Pt-Mo触媒の開発(2)
白金ナノ粒子とモリブデン酸化物種を酸化ジルコニウム上に担持した触媒が、温和な条件下でエステルからエーテルへの水素化脱酸素反応を高選択的に促進することを見出した。種々のキャラクタリゼーションから、白金ナノ粒子と酸素欠陥を有するモリブデン酸化物種が、それぞれH2とエステルのカルボニル基を活性化する協奏的触媒作用により反応が促進することがわかった。本成果は、エステルを一段階で非対称エーテルへと変換する基礎技術になると期待できる。
1) H. Ishikawa, S. Yamaguchi, A. Nakata, K. Nakajima, S. Yamazoe, J. Yamasaki, T. Mizugaki, T. Mitsudome, JACS Au, 2022, 2, 419-427.2) K. Sakoda, S. Yamaguchi, T. Mitsudome, T. Mizugaki, JACS Au, 2022, 2, 665-672.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の達成目標の一つであったエステルからエーテルへの選択的還元に有効な固体触媒の開発に成功し、その成果を論文にまとめた。また、もう一つの目標であるアミドからアミンへの高難度還元反応では、一級アミドを一級アミンへと選択的に変換する合金触媒を見出した。本触媒は一級アミドを選択的にアミンへと変換する世界で初めての非貴金属触媒である。最終年度は見出した触媒の汎用性及び触媒活性発現因子の解明を行っていく。

今後の研究の推進方策

昨年度、達成目標の一つであった一級アミドを一級アミンへと高選択的に変換する非貴金属合金触媒の開発に成功した。本年度は、見出した触媒の最適化、及びその汎用性の評価を行っていく。また、本触媒の活性発現因子の解明を行っていく。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Phosphorus-Alloying as a Powerful Method for Designing Highly Active and Durable Metal Nanoparticle Catalysts for the Deoxygenation of Sulfoxides: Ligand and Ensemble Effects of Phosphorus2022

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

      JACS Au

      巻: 2 ページ: 419~427

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00461

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Selective Hydrodeoxygenation of Esters to Unsymmetrical Ethers over a Zirconium Oxide-Supported Pt-Mo Catalyst2022

    • 著者名/発表者名
      Sakoda Katsumasa、Yamaguchi Sho、Mitsudome Takato、Mizugaki Tomoo
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 2 ページ: 665~672

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00535

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-Crystal Cobalt Phosphide Nanorods as a High-Performance Catalyst for Reductive Amination of Carbonyl Compounds2021

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

      JACS Au

      巻: 1 ページ: 501~507

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00125

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Support-Boosted Nickel Phosphide Nanoalloy Catalysis in the Selective Hydrogenation of Maltose to Maltitol2021

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

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 9 ページ: 6347~6354

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.1c00447

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A copper nitride catalyst for the efficient hydroxylation of aryl halides under ligand-free conditions2021

    • 著者名/発表者名
      Xu Hang、Yamaguchi Sho、Mitsudome Takato、Mizugaki Tomoo
    • 雑誌名

      Organic & Biomolecular Chemistry

      巻: 19 ページ: 6593~6597

    • DOI

      10.1039/D1OB00768H

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A nickel phosphide nanoalloy catalyst for the C-3 alkylation of oxindoles with alcohols2021

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

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 10673~10673

    • DOI

      10.1038/s41598-021-89561-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient D‐Xylose Hydrogenation to D‐Xylitol over a Hydrotalcite‐Supported Nickel Phosphide Nanoparticle Catalyst2021

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Sho、Mizugaki Tomoo、Mitsudome Takato
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 2021 ページ: 3327~3331

    • DOI

      10.1002/ejic.202100432

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hydrotalcite-Supported Cobalt Phosphide Nanorods as a Highly Active and Reusable Heterogeneous Catalyst for Ammonia-Free Selective Hydrogenation of Nitriles to Primary Amines2021

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

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 9 ページ: 11238~11246

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.1c03667

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] カルボニル化合物の還元的アミノ化反応に高活性を示すリン化コバルトナノロッド触媒の開発2022

    • 著者名/発表者名
      満留 敬人、盛 敏、山口 渉、水垣 共雄
    • 学会等名
      第129回触媒討論会
  • [学会発表] 915MHz マイクロ波によるリン化ニッケル/ハイドロタルサイト触媒を介したD-グルコースの高速水素化反応2022

    • 著者名/発表者名
      椿 俊太郎、山口 渉 、安田 誠、水垣 共雄 、満留 敬人
    • 学会等名
      第129回触媒討論会
  • [学会発表] 硲田 捷将、山口 渉、満留 敬人、水垣 共雄2022

    • 著者名/発表者名
      酸化ジルコニウム担持-触媒によるエステルからの非対称エーテル直接合成反応
    • 学会等名
      第129回触媒討論会
  • [学会発表] リン化金属ナノ粒子の構造解析と触媒特性2022

    • 著者名/発表者名
      満留 敬人
    • 学会等名
      地域セミナー (材料系)「電子顕微鏡を用いたナノスケール物質・材料研究の最前線」
  • [学会発表] Green Oxidative Transformation of Indoles Catalyzed by Copper Nitride Nanocube Using Molecular O22021

    • 著者名/発表者名
      Hang Xu, Sho Yamaguchi, Takato Mitsudome, Tomoo Mizugaki
    • 学会等名
      the 18th Japan-Korea Symposium on Catalysis (18JKSC)
    • 国際学会
  • [学会発表] A Cobalt Phosphide Nanorod Catalyst for Reductive Amination of Carbonyl Compounds2021

    • 著者名/発表者名
      Min Sheng, Sho Yamaguchi, Takato Mitsudome, Tomoo Mizugaki
    • 学会等名
      the 18th Japan-Korea Symposium on Catalysis (18JKSC)
    • 国際学会
  • [学会発表] 単糖・二糖類の還元反応に高活性を示すリン化ニッケルナノ粒子触媒の開発2021

    • 著者名/発表者名
      山口 渉、満留敬人、水垣共雄
    • 学会等名
      函館大会(第51回石油・石油化学討論会)
  • [学会発表] リン化ルテニウム触媒によるスルホキシドの脱酸素反応―リン化による触媒活性及び耐久性の向上―2021

    • 著者名/発表者名
      石川浩也、山口 渉、満留敬人、水垣共雄
    • 学会等名
      第128回触媒討論会
  • [学会発表] ハロゲン化アリールの配位子フリーヒドロキシル化反応を促進する窒化銅ナノ粒子触媒の開発2021

    • 著者名/発表者名
      徐 航、山口 渉、満留敬人、水垣共雄
    • 学会等名
      第128回触媒討論会
  • [学会発表] 高機能性リン化コバルト触媒によるバイオマス由来アルデヒドの有用アルコールへの変換反応2021

    • 著者名/発表者名
      石川浩也、盛 敏、山口 渉、満留敬人、水垣共雄
    • 学会等名
      第10回JACI/GSCシンポジウム
  • [学会発表] Copper nitride nanoparticle catalyst for hydroxylation of aryl halides under ligand-free conditions2021

    • 著者名/発表者名
      徐 航、山口 渉、満留敬人、水垣共雄
    • 学会等名
      第10回JACI/GSCシンポジウム
  • [図書] Core-shell and Yolk-Shell Nanocatalysts: Core-shell nanostructured catalyst for chemoselective hydrogenations2021

    • 著者名/発表者名
      Takato Mitsudome
    • 総ページ数
      16
    • 出版者
      Springer.com

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公開日: 2022-12-28  

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