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2011 年度 実績報告書

グリーン有機合成・自動車排ガス浄化用新規Ag触媒の設計

研究課題

研究課題/領域番号 22686075
研究機関北海道大学

研究代表者

清水 研一  北海道大学, 触媒化学研究センター, 准教授 (60324000)

キーワード銀触媒 / ナノクラスター / 有機合成 / 自動車排ガス浄化 / 固体触媒
研究概要

1.Ag触媒の基礎研究:
触媒構造・触媒活性の相関関係に関する仮説を立て、銀クラスター触媒の設計指針を構築した。
2.CuドープAg触媒の開発:
原子効率の高いアルキルアミン合成法としてアルコールを用いたアミンのN-アルキル化が注目されている,本反応に対してCu触媒が高い性能を示すことが知られているが,高温やH2加圧の必要性や,基質適用範囲に改善の余地がある.我々はAg/Al203が本反応に有効であることを報告したが,助触媒(塩化鉄)を溶液に添加する必要がある等の問題がある4).本研究ではCu/Agバイメタル触媒が用いてアルコールとアミンによるN-アルキル化反応が進行することを見出した.担持量,担体,焼成・活性化処理を系統的に変化させた触媒を用いた検討から,Ag触媒の活性を1桁上回る触媒を開発した.
3.排ガス浄化用自己分散型Agナノクラスター触媒の開発:
従来型の自動車排ガス浄化触媒は高温での雰囲気(redox)変動条件下で粒子成長し,活性が低下する.最近,PdやPtがペロブスカイトやセリウム酸化物上にイオン種として分散・安定化する現象を利用して粒子成長を抑制した新規触媒が開発.実用化されたが,資源量・価格を考慮すると非白金族系金属や安価な担体材料を用いた代替触媒の開発が望まれる.d10金属(Au,Ag)が微粒子化により高いCO酸化能を発現することが知られているが,PtやPdに比べて融点が低いため,高温でのシンタリングによる触媒劣化が問題である.発表者は銀粉とγ-Al203の混合物から調製した触媒が高い耐熱・耐redox安定性を示し,CO酸化に高い活性を示すことを見出した.基礎的な検討結果と併せて触媒設計指針を提案した.

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

有機合成、排ガス浄化両方の用途に関して、白金族触媒を上回る性能を示す銀触媒を開発し、成果を論文発表した。また、触媒設計指針に関しても、総説にて解説した。

今後の研究の推進方策

1.貴金属フリー触媒への展開:
前年度のCuAg系触媒の検討結果をベースに、触媒調製条件・触媒構造・触媒活性の相関関係に関する仮説を立て、以下の4種の反応に対して、貴金属を全く用いないで既存Ag触媒の活性を1桁上回る触媒を探索する。
・二級アルコールのセルフカップリングによるC-C結合生成
・アルコールによるアミンのアルキル化
・アルコールによるアンモニアのアルキル化
2.研究の総括
全体の成果を総括し、有機合成、自動車排ガス浄化の両分野において白金族触媒を上回る新非白金族触媒の設計指針を提案する.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hydration of nitriles to amides in water by SiO_2-supported Ag catalysts promoted by adsorbed oxygen atoms2012

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Shimizu, Naomichi Imaiida, Kyoichi Sawabe, Atsushi Satsuma
    • 雑誌名

      Appl Catal A

      巻: 421-422 ページ: 114-120

    • DOI

      DOI:10.1016/j.apcata.2012.02.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unique catalytic features of Ag nanoclusters for selective NOx reduction and green chemical reactions2011

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Shimizu, Kyoichi Sawabe, Atsushi Satsuma
    • 雑誌名

      Catal. Sci.Technol

      巻: 1 ページ: 331-341

    • DOI

      DOI:10.1039/c0cy00077a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Silver Cluster-Promoted Heterogeneous Copper Catalyst for N-Alkylation of Amines with Alcohols2011

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Shimizu, Katsuya Shimura, Masanari Nishimura, and Atsushi Satsuma
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 1 ページ: 1310-1317

    • DOI

      DOI:10.1039/c1ra00560j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-Regenerative Silver Nanocluster Catalyst for CO oxidation2011

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Shimizu, Kyoichi Sawabe, Atsushi Satsuma
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 3 ページ: 1290-1293

    • DOI

      DOI:10.1002/cctc.201100122

    • 査読あり
  • [学会発表] 非白金族固体触媒を用いたグリーン有機合成2012

    • 著者名/発表者名
      清水研一
    • 学会等名
      石油学会北海道支部函館地区学術講演会
    • 発表場所
      北海道教育大学函館校(函館市)(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-17
  • [学会発表] 環境調和型銀クラスター触媒2011

    • 著者名/発表者名
      清水研一
    • 学会等名
      第51回オーロラセミナー
    • 発表場所
      ハイランドふらの(北海道富良野市)(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-24
  • [学会発表] 担持銀クラスター触媒による環境調和型有機合成2011

    • 著者名/発表者名
      清水研一
    • 学会等名
      第5回工業触媒研究会研修会
    • 発表場所
      和光純薬工業湯河原研修所(静岡県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-06-10
  • [備考]

    • URL

      http://www.cat.hokudai.ac.jp/shimizu/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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