触媒局所構造構築による新規複合酸化物群の創出とメタン選択酸化反応への展開

通过构建局部催化剂结构创建一组新的复合氧化物及其在选择性甲烷氧化反应中的应用

基本信息

批准号：
22KJ0143
负责人：
下田光祐
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0143/
关键词：
複合酸化物触媒ユニット合成低級アルカン酸化触媒局所構造

项目摘要

5員環ユニットの配列により形成する結晶性Mo-V複合酸化物は、6員環や7員環などのミクロ細孔を含む複雑な組織を有した棒状結晶である。構造中の7員環が基質の吸着・活性化を行う触媒作用場として機能し、低級アルカンなどの選択酸化反応に対し極めて高い触媒活性を示す。以上のように、固体酸化物は高度に組織化された局所構造を構築することで、従来にはない特徴的な酸化触媒能を発現する。本研究では、酸化物の局所構造設計により革新的な選択酸化反応用触媒を創出し、高難度選択酸化反応へ挑戦する。また、5員環ユニット制御による局所構造設計により、触媒作用場の高度制御を目指す。初年度は、三方晶Mo-V複合酸化物(三方晶MoVO)へ固相法を用いてCu種導入を行った。XRD測定を行ったところ、三方晶MoVOの骨格構造に変化が見られた。また、リートベルト解析により得られた構造モデルから、Cu種は7員環内のトリマーユニット近傍に位置することが分かった。現在は、Cu種を導入した三方晶MoVOを用いて、メタン選択酸化などの高難度酸化反応を検討している。また、斜方晶Mo-V複合酸化物（斜方晶MoVO）を様々な条件で熱処理を行い、物質状態を変化させた。斜方晶MoVOを窒素雰囲気下で熱処理を行うと、550℃程度から斜方晶MoVOの構造に変化が見られた。また、アンモニア吸着TPD測定を行ったところ、熱処理温度の増加に伴い、斜方晶MoVOの酸性質が変化した。550℃以上の窒素熱処理により斜方晶MoVOの局所構造および表面状態が変化することが分かった。現在は、メタン酸化反応への適用を検討している。

由五元环单元排列形成的结晶MO-V复合氧化物是棒状晶体，具有复杂的结构，包括诸如六元环和七元环之类的微孔。结构中的七元环充当底物吸附和激活的催化场，并表现出对下烷烃等选择性氧化反应的极高催化活性。如上所述，固体氧化物产生高度有组织的局部结构，因此具有以前无法的独特氧化催化能力。在这项研究中，我们通过氧化物的局部结构设计创建了用于选择性氧化反应的创新催化剂，并挑战了高缺陷的选择性氧化反应。此外，局部结构设计的设计具有五元环单元的控制，旨在提供对催化场的高级控制。在第一年，使用固相法引入了CU物种中的CU物种中的MO-V复合氧化物（Trigonal Movo）。 XRD测量结果显示三角移动的骨骼结构变化。此外，从通过Rietveld分析获得的结构模型，发现Cu物种位于七元环内的修剪器单元附近。目前，我们正在考虑使用三角莫科（Trigonal Movo）的非常困难的氧化反应，例如选择性甲烷氧化，该反应在其中引入了CU物种。此外，在各种条件下，对材料状态进行了热处理，对正交MO-V复合氧化物（原骨MOVO）进行热处理。当在氮气气氛下对原骨MOVO进行热处理时，正骨Movo的结构从约550°C更改。此外，当测量吸附TPD的氨时，随着热处理温度的升高，正骨Movo的酸度发生了变化。发现通过在550°C或更高的氮气处理中更改了局部结构和表面状态。目前，我们正在考虑将其应用于甲烷氧化反应。