Development of super base catalysts

超碱催化剂的开发

基本信息

批准号：
21H01718
负责人：
山添誠司
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

金属酸化物の酸・塩基発現原理解明やその強度制御は触媒化学における大きな課題の１つである．本研究では，我々が見出した「バルクでは酸触媒であるニオブ酸化物の微細化による塩基触媒作用発現」を利用し，原子レベルでサイズ・構造・電子状態を制御した金属酸化物クラスターの酸・塩基性の評価を通じて，酸・塩基発現原理の解明やその強度制御法を開発する．本年度は超強塩基性を示すNb6O19についてその超強塩基の強度や耐水性を触媒反応と量子化学計算から詳細に調べた。触媒反応において、プロトンを引き抜くpKaの異なる基質を用いてクネフェゲナール反応や縮合反応により触媒の塩基強度を調べたところ、pKaが27を超える基質でも反応が進行したことから、Nb6O19はMgOを超える超強塩基触媒であることがわかった。また、水添加実験を行ったところ、水存在下でも超強塩基反応が進行したことから、金属酸化物では極めて珍しい耐水性超強塩基触媒であることがわかった。量子化学計算から、プロトンの吸着サイトとプロトンを引き抜く活性化サイトが異なることが示唆されており、このサイトの違いが耐水性超強塩基性を生み出していると考えている。昨年度合成したサイズの異なるニオブ酸化物クラスター触媒について、その合成法の最適化と塩基強度の調査を行った。マイクロ波合成等を用いることで、短時間で目的のクラスターを合成できることを見出した。また、合成した触媒を用いて触媒反応を行ったところ、従来法で合成した触媒より高い塩基触媒活性を示した。これはカウンターカチオンに用いているアンモニウムカチオンの分解が抑制されたためと考えている。以上より、マイクロ波合成法は本触媒を合成するのに適していると結論した。

阐明金属氧化物中酸/碱表达的原理并控制其强度是催化化学的主要挑战之一。在这项研究中，我们利用“通过将作为本体的酸催化剂的氧化铌小型化来表达碱催化活性”来开发酸，并通过评估碱性，我们将阐明酸/碱开发的原理并制定控制其力量的方法。今年，我们利用催化反应和量子化学计算，详细研究了具有超强碱性的Nb6O19的强度和耐水性。在催化反应中，我们通过楔形反应和使用不同pKa的底物提取质子的缩合反应研究了催化剂的碱强度。由于即使在pKa超过27的底物下反应也能进行，Nb6O19具有超过MgO的超强强度原来是碱催化剂。此外，当我们进行加水实验时，我们发现即使有水存在，超强碱反应也会进行，表明这是一种耐水的超强碱催化剂，这在金属氧化物中极为罕见。量子化学计算表明，质子的吸附位点和提取质子的活化位点是不同的，我们相信这种位点的差异是产生超强碱性和耐水性的原因。我们优化了合成方法，并对去年合成的不同尺寸的氧化铌簇催化剂的基础强度进行了研究。我们发现通过微波合成可以在短时间内合成所需的簇。此外，当使用合成的催化剂进行催化反应时，其表现出比通过常规方法合成的催化剂更高的碱催化活性。这被认为是因为用作抗衡阳离子的铵阳离子的分解受到抑制。综上所述，微波合成法适合合成该催化剂。

项目成果

期刊论文数量（128）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

FDMNESを利用した高分解能XANESの解析と実習

使用 FDMNES 进行高分辨率 XANES 分析与实践

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
山添誠司;松山知樹
通讯作者：
松山知樹

固体表面のキャラクタリゼーション機能性材料・ナノマテリアルのためのスペクトロスコピー

固体表面表征功能材料和纳米材料的光谱学

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
河原田海渡;佐々木成朗;山添誠司
通讯作者：
山添誠司

塩基性複合金属酸化物クラスターによる CO2固定化反応

使用碱性复合金属氧化物簇的 CO2 固定反应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kikkawa Soichi;Fukuda Shoji;Hirayama Jun;Shirai Naoki;Takahata Ryo;Suzuki Kosuke;Yamaguchi Kazuya;Teranishi Toshiharu;Yamazoe Seiji;吉川聡一，藤木裕宇，Chudatemiya Vorakit，永仮広樹，平山純，中谷直輝，山添誠司;Chudatemiya Vorakit，Tsukada Mio，Kikkawa Soichi，Yamazoe Seiji;福田正次，吉川聡一，山添誠司;永仮広樹，吉川聡一，中谷直輝，山添誠司;松永優太郎，吉川聡一，山添誠司;石川遥斗，吉川聡一，松岡亮太，草本哲郎，山添誠司;髙橋浩耀，吉川聡一，山添誠司;吉川聡一，塚田実緒，永仮広樹，平山純，東晃太朗，加藤和男，宇留賀朋哉，中谷直輝，山本隆文，山添誠司
通讯作者：
吉川聡一，塚田実緒，永仮広樹，平山純，東晃太朗，加藤和男，宇留賀朋哉，中谷直輝，山本隆文，山添誠司

HERFD-XASによるクラスター材料の電子状態解析

使用 HERFD-XAS 进行团簇材料的电子结构分析

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
岩瀬龍祐;伊澤樹;中谷直輝;山添誠司;野村琴広;Seiji Yamazoe;山添誠司
通讯作者：
山添誠司

V族金属酸化物クラスタ―の耐水性塩基触媒作用

V族金属氧化物簇的耐水碱催化

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kikkawa Soichi;Fukuda Shoji;Hirayama Jun;Shirai Naoki;Takahata Ryo;Suzuki Kosuke;Yamaguchi Kazuya;Teranishi Toshiharu;Yamazoe Seiji;吉川聡一，藤木裕宇，Chudatemiya Vorakit，永仮広樹，平山純，中谷直輝，山添誠司
通讯作者：
吉川聡一，藤木裕宇，Chudatemiya Vorakit，永仮広樹，平山純，中谷直輝，山添誠司