【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT0011
利用課題名 / Title
担持金属触媒による加水素分解反応の開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）その他/Others
キーワード / Keywords
エステル, 加水素分解, 担持金属触媒,電子顕微鏡/Electron microscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
山崎 友香理
所属名 / Affiliation
東京大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
Yuan Kang
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
森田真理,木村鮎美,福川昌宏
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-005：原子分解能元素マッピング構造解析装置
UT-004：環境対応型超高分解能走査透過型電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
エステルの加水素分解反応は、再生可能資源である油脂類からバイオ燃料を合成するうえで重要な反応である1)。固体触媒を用いた本反応の先行研究では、高転化率・高選択性の実現のために250℃以上の加熱あるいは1 MPa以上の高圧水素雰囲気中が必要である。本研究では、より温和な条件で駆動可能な触媒開発を目的とし、Pt/WO3-ZrO2が130℃以下、常圧水素下でエステルの加水素分解反応を触媒し、高い収率でアルカンを生成することを見出した。
実験 / Experimental
ZrO2をammonium metatungstate hydrateの水溶液に加えて混合し、蒸発乾固した後に焼成してWO3−ZrO2を合成した。これにplatinum (II) acetylacetonateをアセトンに溶かした溶液を用いて、含浸法によってPt/WO3−ZrO2触媒を合成した。（株）日本電子製原子分解能元素マッピング構造解析装置JEM-ARM 200F Thermal FE STEMと（株）日本電子製JEM-ARM 200F Cold FE Dual SDD STEMでHAADF-STEM像観察と元素マッピングを行い、合成した触媒の構造評価を行った。 合成した触媒を用いてエステルの加水素分解を行った。溶媒存在下で触媒と基質を混合し、H2バルーンを用いて70−130 ℃で激しく撹拌した。反応終了後、反応液をガスクロマトグラフィーにより分析し、基質の転化率及び生成物の収率の定量分析を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
図1にPt/WO3−ZrO2触媒のHAADF-STEM画像と元素マッピングを示す。ZrO2担体上にWO3が約2 nmのクラスター状に分布しており、その上に粒径の小さなPtが高分散していることが分かった。この触媒を用いてドデカン溶媒中でデカン酸メチルの加水素分解を行った結果、常圧水素雰囲気、130℃に加熱した条件で反応が極めて効率よく進行し、24時間で96％のデカンを生成した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 (a) HAADF-STEM image of the Pt (0.25 wt%)-deposited WO3−ZrO2 catalyst and its EDS elemental map of (b) oxygen, (c) zirconium, (d) tungsten, , and (e) platinum. (f) Overlap of EDS elemental maps of zirconium, tungsten, and platinum.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・参考文献 1) M. Žula,
M.Grilc, B. Likozar, Chem. Eng. J. (2022) 444, 136564.
・ERATO（JST） 「野崎樹脂分解触媒プロジェクト」
・森田真理様（東京大学大学院工学系研究科総合研究機構）、木村鮎美様（東京大学大学院工学系研究科総合研究機構）、福川昌宏様（東京大学大学院工学系研究科総合研究機構）に感謝します。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Kang Yuan, Multifunctional WO3–ZrO2-Supported Platinum Catalyst for Remarkably Efficient Hydrogenolysis of Esters to Alkanes, Journal of the American Chemical Society, 145, 3454-3461(2023).
DOI: 10.1021/jacs.2c11145
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Yukari Yamazaki, Kang Yuan, Xiongjie Jin, Kyoko Nozaki, "A Multifunctional WO3−ZrO2-supported Platinum Catalyst for Remarkably Efficient Hydrogenolysis of Esters to Alkanes", Tateshina Conference on Organic Chemistry (長野), 令和4年11月12日
- Yukari Yamazaki, Kang Yuan, Xiongjie Jin, Kyoko Nozaki, “Remarkably Efficient Hydrogenolysis of Esters to Alkanes by A Multifunctional Pt/WO3−ZrO2 Catalyst”日本化学会第103春季年会(千葉), 令和5年3月25日．
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件