水熱合成による４，５，６族を用いた固体酸複合酸化物の合成

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24760635
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 村山 徹 北海道大学, 触媒化学研究センター, 助教 (60583531)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 固体酸触媒 / 複合酸化物 / 水熱合成 / 脱水反応 / 水和反応

研究実績の概要

4，5，6族の元素(Ti，Zr，V，Nb，Ta，Mo，W)を用いて，水熱合成法によりオクタヘドラル積層構造を有する多孔性複合酸化物の合成を行った．特に，W-M-O(M=(Ti，Zr，Nb，Ta)複合酸化物においては，基本的な結晶構造が同じのまま元素組成比を変化することができた．このため，複合酸化物触媒における構成元素の種類と構成比の影響の議論が可能となった．
合成した4，5，6族元素の組み合わせから成る複合酸化物は，高い固体酸性を有することが分かった．調製した触媒の活性評価を，ブレンステッド酸点で反応が進行するフリーデル・クラフツアルキル化反応で行ったところ，W-M-O(M=Ti，Zr，Nb，Ta)複合酸化物において，M/W比が75%程で極めて高い活性を示した．
この複合酸化物の触媒系は，多量の水存在下においても固体酸性能を示し，アルコールの脱水反応，水和反応など水が関与する反応においても高い活性を示した．M/W(M=Ti，Zr，Nb，Ta)比を変化させることにより，複合酸化物の酸性質(ブレンステッド酸およびルイス酸)をコントロールすることができることを明らかにした．バイオマス変換反応に有用な1，3-ヒドロキシアセトンからの乳酸合成およびグルコース転換反応を検討したところ，ルイス酸点を多く有する複合酸化物が高い活性を示すことが分かった．

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of Crystalline Mo-V-W-O Complex Oxides with Orthorhombic and Trigonal Structures and Their Application as Catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Qiu, C. Chen, S. Ishikawa, Z. Zhang, T. Murayama, W. Ueda
  • 雑誌名: Catalysis, Structure & Reactivity 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1179/2055075814Y.0000000009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrothermal synthesis of octahedra-based layered niobium oxide and its catalytic activity as a solid acid (2014)
  • 著者名/発表者名: Toru Murayama, Junli Chen, Jun Hirata, Keeko Matsumoto and Wataru Ueda
  • 雑誌名: Catalysis Science & Technology 巻: 4 ページ: 4250-4257
  • DOI: 10.1039/C4CY00713A
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduced Vanadium and Molybdenum Oxides Catalyze the Equivalent Formation of Ethane and Acetaldehyde from Ethanol (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamura, T. Murayama, W. Ueda
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 6(3) ページ: 741-744
  • DOI: 10.1002/cctc.201300991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen-transfer dehydration between alcohols over V2O3 and MoO2 catalysts for the formation of corresponding alkanes and aldehydes (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamura, T. Murayama, W. Ueda
  • 雑誌名: Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 巻: 394 ページ: 137-144
  • DOI: 10.1016/j.molcata.2014.07.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct oxidative transformation of glycerol into acrylic acid over phosphoric acid-added W-V-Nb complex metal oxide catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Omata, K. Matsumoto, T. Murayama, W. Ueda
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 43 ページ: 435-437
  • DOI: 10.1246/cl.131098
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 水熱合成法により調製したW-M-O触媒による加水分解および脱水反応 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村山 徹，上田 渉
  • 学会等名: 第116回触媒討論会
  • 発表場所: 成蹊大学(東京都武蔵野市)
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-24
• [学会発表] 水熱合成法により調製したW-Nb(-V)-O複合酸化物触媒による乳酸酸化反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山 徹,小俣香織,B. Katryniok, P. Sebastien,上田 渉
  • 学会等名: 第44回石油・石油化学討論会
  • 発表場所: 旭川グランドホテル(北海道旭川市)
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-17
• [学会発表] 水素移行脱水反応機構によるV2O3および MoO2上でのアルコールからのアカン , アルデ ヒド同時生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村 陽一 村山 徹 上田 渉
  • 学会等名: 第114回 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学(広島県広島市)
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 水熱合成したW-V-O複合酸化物によるピコリンのアンモ酸化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤文倫 村山 徹 清水研一 上田渉
  • 学会等名: 第114回 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学(広島県広島市)
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 4,5族元素とWからなる複合酸化物の水熱合成と酸触媒機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村山 徹 平田 純 上田 渉
  • 学会等名: 第114回 触媒討論会
  • 発表場所: 広島大学(広島県広島市)
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27