二酸化炭素水素化反応によるメタノール合成反応機構解明およびそれに立脚した触媒開発

二氧化碳加氢反应合成甲醇反应机理的阐明及基于此的催化剂开发

基本信息

批准号：
15J10157
负责人：
多田昌平
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Seikei University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では、COの介在しないメタノール合成反応の構築を目指し、あらためて触媒組成を見直した。昨年までの検討では、Cu/ZrO2触媒がCO2からのメタノール合成反応に適する触媒であることを明らかにしてきた。商用Cu/ZnO/Al2O3触媒に対するCu/ZrO2触媒の主な利点は、メタノール選択率が高いことにある。また、「分光学・計算化学・反応工学」の3つの観点からCu/ZrO2触媒の反応機構を検討しており、Cu-ZrO2界面で本反応が進行することを明らかとした。速度論的解析により、本反応が「CO2→メタノール→CO」という逐次反応になると示唆される。中間生成物であるメタノールの収率を上げるためには、後段の反応（メタノール分解反応）を抑制することが望まれる。本年度の研究により、a-ZrO2を担体に用いることで、CO2からのメタノール合成反応に特異な活性点が創出されたことを示唆している。Cu/ZrO2触媒上で進行するCO2からのメタノール合成反応を以下のように考えた。(i) CO2はCu-ZrO2界面でメタノールに転換される。(ii)メタノールがZrO2に強く吸着する場合、メタノールはCOへ分解される。(iii) メタノールがZrO2に弱く吸着する場合、メタノールは分解される前に脱離する。(iv) 金属Cu表面でCO2がCOへ転換される。Cu/a-ZrO2触媒が特異な活性を示す要因の一つに、触媒上のCu種が微粒子であったことが考えられる。このことが、Cu-ZrO2界面を多く形成することにつながるためである。更に、a-ZrO2担体を用いることで、メタノールが担体に弱く吸着することも原因と考えられる。

在这个项目中，我们重新评估了催化剂成分，旨在构建不涉及CO的甲醇合成反应。截至去年的研究表明，Cu/ZrO2 催化剂适用于 CO2 合成甲醇反应。 Cu/ZrO2 催化剂相对于商用 Cu/ZnO/Al2O3 催化剂的主要优点是其较高的甲醇选择性。此外，我们从“光谱学、计算化学和反应工程”三个角度研究了Cu/ZrO2催化剂的反应机理，并阐明了反应是在Cu-ZrO2界面上进行的。动力学分析表明该反应是“CO2→甲醇→CO”的顺序反应。为了提高作为中间产物的甲醇的收率，期望抑制后续的反应(甲醇分解反应)。今年的研究表明，使用a-ZrO2作为载体为CO2合成甲醇反应创造了独特的活性位点。在 Cu/ZrO2 催化剂上进行的由 CO2 合成甲醇的反应被认为如下。 (i) CO2 在 Cu-ZrO2 界面处转化为甲醇。 (ii) 当甲醇强烈吸附在 ZrO2 上时，它会分解成 CO。 (iii)当甲醇微弱吸附在ZrO2上时，甲醇在分解前解吸。 (iv) CO2 在金属 Cu 表面转化为 CO。 Cu/a-ZrO2催化剂表现出独特活性的原因之一被认为是催化剂上的Cu物种呈细颗粒形式。这是因为这导致形成许多 Cu-ZrO2 界面。此外，使用a-ZrO 2 载体还可能导致甲醇较弱地吸附到载体上。