Pioneering On-Demand Synthesis of Zeolite Catalytic Materials

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02528
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: CHAIKITTISILP W. 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主任研究員 (70732048)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茂木 堯彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (30794515) ; 袖山 慶太郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, グループリーダー (40386610)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ゼオライト / ナノ空間 / 酸触媒

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、特定の触媒反応に対して最適な骨格構造・化学組成・原子配置を有するゼオライト合成のプラットフォーム、すなわち「オンデマンドゼオライト合成」を構築する。このプラットフォームは、1) 特定の触媒反応に対して最適なゼオライトを同定する効率的かつ高速なスクリーニング手法の確立、2) 最適なゼオライトを合成可能な条件を設定する手法の確立の大きく2つの段階に分けられる。Methanol-to-Olefins (MTO) 反応等の低級炭化水素変換反応を触媒反応の対象とする。また、このプラットフォームを確立するために理論科学や機械学習を含むデータ科学を用いる。

今年度において、ゼオライト触媒の閉じ込め空間の解析プラットフォームを構築した。本研究の閉じ込め空間とは、活性点付近の細孔空間であり、十分に小さなプローブ分子は拡散して通過でき、より大きなプローブ分子は閉じ込められ、大きすぎるプローブ分子は入ることができない。また、様々な骨格構造・化学組成をもつゼオライト触媒を合成した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

活性点付近の閉じ込め空間を解析する手法を提案し、解析プラットフォームを構築したことから、次年度から具体的な触媒候補の検討ができるため。

Strategy for Future Research Activity

ゼオライト触媒の閉じ込め空間と触媒特性の関連性を確認するため、幅広い骨格構造・化学組成・原子位置を考慮し様々なゼオライトを合成する。触媒評価に関しては、MTO反応における活性点あたりの触媒特性を明らかにするため、過渡応答解析を用いる。この測定手法は、C2オレフィン、C3オレフィン、C4オレフィンンに関して過渡応答を測定し、選択性を評価する。また、エタンやプロパン等の低級アルカンの脱水素反応も検討する。