The development of metal-nonmetal alloy nanoparticles for the hydrogenation of lignocellulose

用于木质纤维素加氢的金属非金属合金纳米粒子的开发

• 批准号: 21K04776
• 负责人: 山口 渉
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04776/
• 关键词: リグノセルロース; 水素化; 協同触媒作用; リン化ニッケルナノ合金; ハイドロタルサイト; 合金; ナノ粒子; 界面

本研究の目的は、精密に形状制御されたリン化金属ナノ粒子触媒の設計・開発とバイオマス由来リグノセルロースの高効率水素化分解への応用である。天然に豊富に存在するリグノセルロースの必須資源化は、化石燃料の代替法を確立する上で非常に重要な研究領域である。そこで、温和な条件下での水素化分解を実現することにより、既存の水素化分解プロセスを置き換える画期的な環境低負荷型水素化手法を提案する。リン化金属ナノ粒子を様々な機能性材料と複合化させ、まずはモデル反応基質に対する水素化触媒性能を評価した。層状複水酸化物であるハイドロタルサイトに分散担持したリン化ニッケルナノ粒子触媒(nano-Ni2P/HT)を開発し、世界で初めて非貴金属触媒による常温または常圧水素下でのグルコースの高効率な還元反応を実現した。nano-Ni2P/HTの触媒回転数は世界最高値を示し、既存の工業触媒であるRaney Niに比べ800倍以上高く、貴金属触媒であるRu/Cをも上回る。この高い触媒性能の発現は、nano-Ni2PとHTとの複合界面において、水素分子および糖のカルボニル基をそれぞれ活性化する多元素協働触媒作用に起因している。また、nano-Ni2Pは0価に近い価数をもつにも関らず、空気中で安定に取り扱うことが可能であり、工業触媒として利用されるRaney Niのような発火性もなく、空気中での取り扱いも容易な安全な水素化触媒となり、触媒の回収・再使用も可能である。このように、リン化ニッケルナノ合金と酸化物担体を複合化したハイブリッド金属ナノ結晶では、界面サイトで特異な協働触媒機能が発現し、その触媒作用を活かすことで様々な分子変換反応を極めて高効率に進行させることが出来る。

The purpose of this study is to design, develop, and utilize highly efficient hydration catalysts for the precise shape control of catalyst particles. Natural resources are essential to the recovery of fossil fuels and the establishment of alternatives to fossil fuels are important areas of research. This paper proposes a new method of hydration with low environmental load for the replacement of existing hydration decomposition under mild conditions. We evaluate the performance of hydration catalysts using refined metal nanoparticles as functional materials and composites, and also as a matrix of inorganic materials. Layered complex acid compounds are widely dispersed and supported on nano-Ni2P/HT particles. This is the first time in the world that non-noble metal catalysts have been developed with high efficiency under normal temperature and pressure. Nano-Ni2P/HT catalyst recycling rate is the highest in the world, existing industrial catalyst is 800 times higher than Raney Ni, precious metal catalyst is 800 times higher than Raney Ni, The development of this high catalytic performance is due to the interaction of nano-Ni2P and HT, and the activation of water molecules and sugar groups. Raney Ni 2P is stable in the air, and its flame retardancy is possible. Industrial catalysts are used in the air. It is easy to obtain nano-Ni2 P in the air. It is safe to hydrate the catalyst. It is possible to reuse the catalyst. In this case, the alloy and the acid support are complexed, and the crystal and the interface are separated, and the specific catalytic function is realized, and the catalytic action is activated. The molecular exchange reaction is extremely efficient.

项目成果

天然炭素資源を有用化学品原料に変換する協奏機能触媒の開発

开发协同功能催化剂，将天然碳资源转化为有用的化学原料

• 发表时间: 2022
• 作者: ang Xu;Sho Yamaguchi;Takato Mitsudome;Tomoo Mizugaki;山口 渉
• 通讯作者: 山口 渉

Efficient N-Alkylation of Amines Using Alcohols over an Air-stable Nickel-based Catalyst Supported on Hydroxyapatite

在羟基磷灰石负载的空气稳定镍基催化剂上使用醇对胺进行高效 N 烷基化

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuto Ohashi;Sho Yamaguchi;Takato Mitsudome;Tomoo Mizugaki
• 通讯作者: Tomoo Mizugaki

ハロゲン化アリールの配位子フリーヒドロキシル化反応を促進する窒化銅ナノ粒子触媒の開発

开发促进芳基卤化物无配体羟基化反应的氮化铜纳米粒子催化剂

• 发表时间: 2021
• 作者: 徐 航;山口 渉;満留敬人;水垣共雄
• 通讯作者: 水垣共雄

915MHz マイクロ波によるリン化ニッケル/ハイドロタルサイト触媒を介したD-グルコースの高速水素化反応

915MHz 微波通过磷化镍/水滑石催化剂快速氢化 D-葡萄糖

• 发表时间: 2022
• 作者: 椿 俊太郎;山口 渉 ;安田 誠;水垣 共雄 ;満留 敬人
• 通讯作者: 満留 敬人

高機能性リン化コバルト触媒によるバイオマス由来アルデヒドの有用アルコールへの変換反応

使用高功能磷化钴催化剂将生物质衍生的醛转化为有用的醇

• 发表时间: 2021
• 作者: 石川浩也;盛 敏;山口 渉;満留敬人;水垣共雄
• 通讯作者: 水垣共雄