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2021 年度 実施状況報告書

二酸化炭素の水素化反応に用いる新規な多成分系ナノ合金触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K14465
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

小林 靖和  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80735506)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワード多成分系合金 / ナノ粒子 / 不均一系触媒 / 水素化反応 / CO2
研究実績の概要

本研究では、主にCO2水素化反応に用いる新規な合金触媒の開発を行った。CO2の水素化反応には様々な遷移金属が活性金属(例えば、メタノール合成にはCuやPd, FT軽油合成にはFeやRu, メタン合成にはNiやCo, Ruなど)として作用することが知られている。また、酸性気体であるCO2と相互作用がある塩基性金属の酸化物を担体に用いることで触媒活性が劇的に向上することが知られている。本研究では、これら活性金属上での「合成場」と塩基性金属上での「CO2の活性場」の物理的距離を最短化することで反応が効率的に進行することを狙いとして、金属結合を介して活性金属と塩基性金属が隣接する合金触媒の開発を目指した。高表面積な合金粉末を得るために、溶融塩中でCaH2を還元剤に用いるオリジナルな合成手法を確立した。得られた合金粉末は、Ni2TiAl, TiFe, FeAl, AlCoCrFeNiV, TiNiSi, CaPt2, YIr2であり、XRD測定により単一の結晶構造からなる合金であることが確認された。N2吸着実験の結果より、これらの合金粉末のBET表面積は~40m2/gほどであり、比較的大きな表面積を有していることが確認された。続いて、得られた合金粉末のいくつかの触媒活性を、CO2水素化によるCH4合成、CO水素化によるCH4合成、液相有機合成のCO活性化反応において評価した。その結果、従来の従来の担持触媒と比較して、活性化エネルギーの低下や活性(TOF)向上がみられ、合金触媒にユニークな特性が観測された。関連成果を、7報の学術論文に報告した。

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

いくつかの有望な合金粉末(Ni2TiAl, TiFe, FeAl, TiNiSi, AlCoCrFeNiV, CaPt2, YIr2)を合成した。CO2水素化、CO水素化、有機合成におけるCO水素化において、得られた合金粉末のいくつかの触媒活性を評価した。従来の担持触媒と比較して、活性化エネルギーの低下や活性(TOF)向上がみられ、合金触媒にユニークな特性が観測された。関連成果を、7報の学術論文に報告している。

今後の研究の推進方策

今後は、構成金属の種類と数をさらに変えて、様々な合金粉末の合成可能性を検討する。得られた合金粉末の触媒活性を評価していく。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた学会参加費、旅費が不要であったため。
今年度は、計画通り、学会に参加していくので、その費用に充てたい。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Intermetallic YIr2 nanoparticles with negatively charged Ir active sites for catalytic hydrogenation of cyclohexanone to cyclohexanol2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Tada Shohei、Kondo Masaru、Fujiwara Kakeru、Mizoguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Catalysis Science and Technology

      巻: 12 ページ: 3088~3093

    • DOI

      10.1039/d2cy00198e

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Superior catalytic performance of intermetallic CaPt2 nanoparticles supported on titanium group oxides in hydrogenation of ketones to alcohols2022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Tada Shohei、Kondo Masaru、Fujiwara Kakeru、Mizoguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 ページ: 4795~4798

    • DOI

      10.1039/D1CC07135A

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Molten salt synthesis of high-entropy alloy AlCoCrFeNiV nanoparticles for the catalytic hydrogenation of p-nitrophenol by NaBH42022

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Suzuki Daisuke、Yokoyama Shota、Shoji Ryo
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 47 ページ: 3722~3732

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2021.10.260

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemical route to prepare nickel supported on intermetallic Ti6Si7Ni16 nanoparticles catalyzing CO methanation2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Tada Shohei、Mizoguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 13 ページ: 16533~16542

    • DOI

      10.1039/D1NR03102C

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Environmentally friendly chemical synthesis of intermetallic iron aluminide submicrometer particles2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Teah Heng Yi、Hanada Nobuko
    • 雑誌名

      Journal of Cleaner Production

      巻: 316 ページ: 128264~128264

    • DOI

      10.1016/j.jclepro.2021.128264

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemical synthesis of unique intermetallic TiFe nanostructures originating from the morphology of oxide precursors2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Teah Heng Yi、Hanada Nobuko
    • 雑誌名

      Nanoscale Advances

      巻: 3 ページ: 5284~5291

    • DOI

      10.1039/D1NA00251A

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low-temperature chemical synthesis of intermetallic TiFe nanoparticles for hydrogen absorption2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yasukazu、Yamaoka Shohei、Yamaguchi Shunta、Hanada Nobuko、Tada Shohei、Kikuchi Ryuji
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 46 ページ: 22611~22617

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2021.04.083

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ハイエントロピー合金触媒を用いた水環境汚染の浄化2022

    • 著者名/発表者名
      横山祥汰, 庄司良, 小林靖和
    • 学会等名
      化学工学会 第87年会
  • [学会発表] 溶融塩ヒドリド還元法を用いた金属酸化物前駆体の直接還元による合金ナノ構造体の合成とその応用2021

    • 著者名/発表者名
      小林靖和, 多田昌平, 溝口拓, Heng Yi Teah, 山岡頌平, 花田信子, 横山祥汰, 庄司良, 菊地隆司
    • 学会等名
      2021合同WEB討論会~ 第41回水素エネルギー協会大会, 2021 HESS特別講演会, 第45回電解技術討論会 -ソーダ工業技術討論会
  • [学会発表] 高表面積なNi-Al系金属間化合物の化学合成とCO2活性化触媒反応への応用2021

    • 著者名/発表者名
      小林 靖和, 多田昌平, 菊地隆司
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会
  • [学会発表] 酸化物前駆体の低温還元で得られたハイエントロピー合金触媒の水素化活性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      横山祥汰, 庄司良, 鈴木大輔, 小林靖和
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会
  • [学会発表] 一酸化炭素の水素化反応に用いるTi6Si7Ni16金属間化合物ナノ粒子担持ニッケル触媒の化学合成2021

    • 著者名/発表者名
      小林 靖和, 多田 昌平, 溝口 拓
    • 学会等名
      第128回触媒討論会

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公開日: 2022-12-28  

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