温和な条件で水中硝酸イオンを選択的に窒素ガスに水素化する二元卑金属触媒の創成

创建二元贱金属催化剂，在温和条件下选择性地将水中的硝酸根离子氢化为氮气

• 批准号: 19K05562
• 负责人: 大澤 力
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K05562/
• 关键词: 硝酸イオン; 水素化; Ni触媒; 反応次数; 燃焼合成法; 二元卑金属触媒

本研究は，卑金属であるNiを主金属とし，第二金属との固溶体・金属間化合物を触媒に用いた水中硝酸イオンの水素化で完全な窒素選択性をもつ触媒の開発，および窒素選択性向上の要因の解明を目的とする。研究計画当初は，2019年度に「窒素選択性の高いNi系固溶体・金属間化合物の探索」，2020年度以降に「候補化合物に対する形態制御方法の最適化」を行う予定であったが，研究代表者の大澤が2020年３月に退職することとなり，2019年度は「Ni系固溶体・金属間化合物の調製法の確立，硝酸塩の水素化における反応次数決定法の確立」に重点を置いて研究を行った。「Ni系固溶体・金属間化合物の調製法の確立」については，燃焼合成法によりNi-Al合金を調製後，展開することによりNi触媒を得る方法の最適化を行った。その結果，Ar下，900 ℃，1時間焼成を行うことで，転化率の低下のないNi触媒を調製することに成功した。触媒のキャラクタリゼーションの結果，転化率の低下の抑制には，α-Al2O3の存在およびAl3Ni2より生成したNiの関与が示唆された。「硝酸イオン・亜硝酸イオンの水素化における反応次数の決定法の確立」は，本年度は，触媒として還元Niを用いた。Ni触媒による硝酸塩の水素化では，硝酸塩の濃度が高いほど水素化速度が遅く，硝酸イオンと亜硝酸イオンの反応次数は負の値となった。硝酸塩がNi触媒表面へ強固に吸着することが明らかとなったが，これは既報のPd-Cu，Pt-Ni触媒と大きく異なりNi触媒のみが持つ特徴である。一方，水素の反応次数は1.2~2.3と大きい値を示し，Ni触媒表面上への水素の吸着は弱いことが明らかとなった。また，Ni触媒表面上では、硝酸イオンと水素の吸着部位，亜硝酸イオンと水素の吸着部位が同じであり，硝酸イオン及び亜硝酸イオンと水素が競争吸着することが明らかとなった。

は, metal で あ る Ni を main metal と し, the second metal と の solid solution, intermetallic compound を catalyst に with い た water nitrate イ オ ン の water element change で completely な smothering, sentaku sex を も つ catalyst の 発, お よ び smothering, sentaku sex の up by の interpret を purpose と す る. Research projects at the beginning は, 2019 annual に "smothering element sentaku の high い Ni is a solid solution, intermetallic compound の exploration", 2020 onwards に "alternate compound に す seaborne る form の suppression method optimization" を line う designated で あ っ た が, research representatives の daze が に resigned in March 2020 す る こ と と な り, In 2019, に "Establishment of the <s:1> Modulation method <e:1> for Ni-based solid solutions and intermetallic compounds, Establishment of the における reverse 応 number determination method <e:1> for nitrate <s:1> hydration" に focused on を setting the を て research field った. "Ni is a solid solution, intermetallic compound の の regulation law to establish" に つ い て は, burning 焼 synthesis に よ り Ni - Al alloy を modulated, expand す る こ と に よ り Ni catalyst を method る の line optimization を っ た. そ の results, Ar, 900 ℃, 1 time 焼 into line を う こ と で, planning rates are low の の な い Ni catalyst を modulation す る こ と に successful し た. Catalytic の キ ャ ラ ク タ リ ゼ ー シ ョ ン の results, planning rates are low の の inhibit に は, alpha Al2O3 の is お よ び Al3Ni2 よ り generated し た Ni の masato and が in stopping さ れ た. "Nitrate イ オ ン · 亜 nitrate イ オ ン の water element change に お け る 応 times の の decision method to establish" は, this year は catalyst と し て yuan Ni を also use い た. Ni catalyst に よ る nitric acid salt の water element change で は, high concentration of nitric acid salt の が い ほ ど water element rate が 遅 く, nitrate イ オ ン と 亜 nitrate イ オ ン の negative の numerical inverse number 応 は と な っ た. Nitric acid salt が Ni catalyst surface へ strong に sorption す る こ と が Ming ら か と な っ た が, こ れ は is の Pd - Cu, Pt - Ni catalyst と big き く different な り Ni catalyst の み が hold つ, 徴 で あ る. One party and water element の against 応 は 1.2 ~ 2.3 times と big き い numerical を し, Ni catalyst surface へ の water element の sorption は weak い こ と が Ming ら か と な っ た. ま た, Ni catalyst surface で は, nitric acid イ オ ン と water element の parts, 亜 nitrate イ オ ン と water element の が sorption parts with じ で あ り, nitrate イ オ ン and び 亜 nitrate イ オ ン と water element が competitive sorption す る こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

還元ニッケル触媒による水中硝酸イオンの水素化反応における反応次数の解析

还原镍催化剂水中硝酸根离子加氢反应的反应级数分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Satoru Murata;Tatsuki Noda;Masahiko Hatakeyama;Satoshi Sunada;小川 夕希奈，大澤 力
• 通讯作者: 小川 夕希奈，大澤 力

Reaction Orders of the Hydrogenation of Nitrate and Nitrite in Water over a Nickel Catalyst

• DOI: 10.1007/s10562-019-02945-x
• 发表时间: 2020-01
• 期刊: Catalysis Letters
• 影响因子: 2.8
• 作者: Yukina Ogawa;Arata Sodeno;Miku Takatani;T. Osawa

燃焼合成法により調製したニッケル触媒による水中硝酸イオンの還元

燃烧合成法制备镍催化剂还原水中硝酸根离子

• 发表时间: 2019
• 作者: Kurniawan;E.; Hara;T.*; Permana;Y.; Ichikuni;N.; Shimazu;S.;大澤 力，倉澤 美穂
• 通讯作者: 大澤 力，倉澤 美穂