高効率高選択的直接変換を可能とする多元金属クラスター触媒の創製

创建可实现高效和高选择性直接转化的多金属簇催化剂

• 批准号: 20J15181
• 负责人: 小泉 宙夢
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15181/
• 关键词: 多元金属クラスター; サブナノ粒子; プロピレン; プロピレンオキシド; エポキシ化; 活性酸素

本研究の目的は、「プロピレンオキシドの高効率高選択的直接合成を可能とする多元金属クラスター触媒の創製」である。従来の触媒とは異なる活性種を形成することが期待される多元金属クラスターを駆使して、これまでは不可能であった「高効率」と「高選択率」の両立を狙う。具体的には、気相酸化反応でのプロピレンオキシド直接合成を実現すべく、プロピレン転化率およびプロピレンオキシド選択率ともに高い値を示す多元金属クラスター触媒の開発に取り組んだ。前年度では、シリカに担持された酸化銅クラスターによるプロピレンオキシドの生成を確認した。今年度は銅を基軸として、種々の銅含有多元金属クラスターの合成および性能検討に取り組んだ。その結果、プロピレン気相酸化において、銅―ルテニウム複合酸化物クラスターが酸化銅クラスターよりも高いプロピレンオキシド選択率を示し、銅とルテニウムの相乗効果が発現していることを明らかした。プロピレン転化率とプロピレンオキシド選択率の関係を整理すると、酸化銅―酸化ルテニウムクラスターはプロピレン転化率が大きい領域でも、比較的高いプロピレンオキシド選択率を維持していた。反応温度275℃で、酸化銅―酸化ルテニウムクラスターは検討した触媒の中では最も高いプロピレンオキシド収率を与え、酸化銅クラスターの5.3倍のプロピレンオキシド収率となることを見出した。酸化銅クラスター中のCu-O-Cu結合と比べて、酸化銅―酸化ルテニウムクラスター中のCu-O-Ru結合はルテニウムにより易還元性であることが考えられる。Cu-O-Ru結合からプロピレンが酸素を受け取ると、Cu種はCu(I)へと還元される。Cu(I)は親電子的な酸素種を形成することからプロピレンの選択的エポキシ化に有効であり、そのため酸化銅―酸化ルテニウムクラスターは酸化銅クラスターよりも高いエポキシ選択率を示した可能性がある。

は の purpose, this study "プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド の direct synthesis of high rate of unseen sentaku を may と す る multiple metal ク ラ ス タ ー catalytic の created" で あ る. 従 to の catalyst と は different な る active forming す を る こ と が expect さ れ る multiple metal ク ラ ス タ ー を 駆 make し て, こ れ ま で は impossible で あ っ た "high rate of unseen" と "high sentaku rate" の struck made を previously う. Specific に は, acidification 気 phase 応 で の プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド direct synthesis を be presently す べ く, プ ロ ピ レ ン planning flowrate お よ び プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド sentaku rate と も に high い numerical を す in multiple metal ク ラ ス タ ー catalyst の open 発 に group take り ん だ. In the previous year, で で and シリカに held された copper acidified copper ラスタ ラスタ によるプロピレ によるプロピレ <s:1> キシド キシド キシド キシド を to generate を confirmation た た. Our は copper を "basic shaft と し て, kind of 々 の copper containing multiple metal ク ラ ス タ ー の synthetic お よ に び performance 検 please take り group ん だ. そ の results, プ ロ ピ レ ン 気 phase acidification に お い て, copper - ル テ ニ ウ ム composite acidification content ク ラ ス タ ー が acidic copper ク ラ ス タ ー よ り も high い プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド sentaku rate を し, copper と ル テ ニ ウ ム の phase 乗 unseen fruit が 発 now し て い る こ と を Ming ら か し た. プ ロ ピ レ ン planning flowrate と プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド sentaku rate の masato is を finishing す る と, acidic copper - acidification ル テ ニ ウ ム ク ラ ス タ ー は プ ロ ピ レ ン planning large flowrate が き い field で も, comparative high い プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド sentaku rate を maintain し て い た. Anti 応 temperature 275 ℃ で, acidic copper - acidification ル テ ニ ウ ム ク ラ ス タ ー は beg し 検 た catalytic の で は most high も い プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド を 収 rate with え, acidic copper ク ラ ス タ ー の 5.3 times の プ ロ ピ レ ン オ キ シ ド 収 rate と な る こ と を see out し た. In acidic copper ク ラ ス タ ー の Cu - O - Cu combination と than べ て, acidic copper - acidification ル テ ニ ウ ム ク ラ ス タ ー の in Cu - O - Ru combining は ル テ ニ ウ ム に よ り yi yuan sex also で あ る こ と が exam え ら れ る. Cu-o-ru binds to らプロピレ らプロピレ が が acid, を is け taken ると, and Cu is へと Cu(I)へと reduced される. Cu (I) は electrophilic な acid element forming す を る こ と か ら プ ロ ピ レ ン の sentaku of エ ポ キ シ change に have sharper で あ り, そ の た め acidic copper - acidification ル テ ニ ウ ム ク ラ ス タ ー は acidic copper ク ラ ス タ ー よ り も high い エ ポ キ シ を sentaku rate in し た possibility が あ る.

项目成果

多元金属サブナノ粒子触媒によるアルケン酸化

使用多金属亚纳米粒子催化剂进行烯烃氧化

• 发表时间: 2020
• 作者: 小泉宙夢;田邊真;山元公寿
• 通讯作者: 山元公寿

多元金属クラスターの合成とその酸化触媒特性

多金属簇合物的合成及其氧化催化性能

• 发表时间: 2020
• 作者: 小泉宙夢;田邊真;山元公寿
• 通讯作者: 山元公寿

Copper-Metal Oxide Hybrid Subnanoparticles for Catalytic Selective Oxidations

用于催化选择性氧化的铜-金属氧化物杂化亚纳米颗粒

• 发表时间: 2021
• 作者: 小泉宙夢;神戸徹也;田邊真;山元公寿
• 通讯作者: 山元公寿

多元金属サブナノ粒子による炭化水素の選択的酸化反応

使用多金属亚纳米颗粒进行碳氢化合物的选择性氧化反应

• 发表时间: 2021
• 作者: 芝田大之;田中裕也;Donglin Zhao;真木勇太;梶原康宏;岡本亮;小泉 宙夢，神戸 徹也，田辺 真，山元 公寿
• 通讯作者: 小泉 宙夢，神戸 徹也，田辺 真，山元 公寿

Copper-bismuth Binary Oxide Clusters: An Efficient Catalyst for Selective Styrene Bisperoxidation

铜铋二元氧化物簇：选择性苯乙烯双过氧化的有效催化剂

• DOI: 10.1246/cl.210725
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: Koizumi Hiromu;Tanabe Makoto;Kambe Tetsuya;Imaoka Takane;Wang-Jae Chun;Yamamoto Kimihisa
• 通讯作者: Yamamoto Kimihisa