利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.12】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0183

利用課題名 / Title

Pt/WO₃/ZrO₂の表面分析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学

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）-

キーワード / Keywords

エステル, 加水素分解, 担持金属触媒,電子分光

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)

YUAN KANG

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

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

沖津康平

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-301：多機能走査型X線光電子分光分析装置(XPS)

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厳しい反応条件(反応温度＞250℃、H₂ ＞1 MPa)が必要である。本研究で開発したPt/WO₃-ZrO₂触媒は130℃以下、常圧水素下という非常に温和な条件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。XPS PHI Versa Probeを用いて反応前後のW⁶⁺とW⁵⁺の比率を調査した。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 °C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

Pt/WO₃−ZrO₂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℃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。Pt/WO₃−ZrO₂触媒のXPS測定を行い、図1aに反応前、図1bに反応後のスペクトルを示す。触媒は価数の異なる2種類のW種を含んでおり、その比率は反応前でW⁶⁺:W⁵⁺＝9:1、加水素分解を12時間行った後ではW⁶⁺:W⁵⁺＝4:1に変化しており、反応中にW⁶⁺がW⁵⁺に還元されたことが分かった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 (a) XPS spectrum of fresh Pt(0.25)/WO₃−ZrO₂; the black line indicates the original spectrum, the blue, red, and green broken lines indicate the deconvoluted signals, and the orange broken line indicates the sum of deconvoluted signals. (b) XPS spectrum of Pt(0.25)/WO₃−ZrO₂ recovered after hydrogenolysis of 1a for 12 h; indications of the lines are same as (a).

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」
・沖津康平様（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)

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.

山﨑友香理、Kang Yuan、金雄傑、野崎京子, “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, 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