触媒 劣化対策 書籍
 
No.2076
 
 

★ “機械学習”による高耐性触媒の構造探索、有望な添加元素の推定、触媒能の予測!

触媒劣化対策、長寿命化

〜劣化の発生メカニズム/触媒のナノ微粒子化/貴金属の低減化、フリー化〜

発刊予定日: 2020年11月末   体 裁 : A4判 約550頁   定 価:80,000円(税抜)  ISBN:978-4-86104-814-2


 
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■ 執筆者(敬称略)

東海大学/(国研)産業技術総合研究所 原田亮 千代田化工建設(株) 程島真哉
山梨大学 内田誠 日本ゼオン(株) 三木英了
成蹊大学 里川重夫 三井化学(株) 藤田照典
あいち産業科学技術総合センター 阿部祥忠 東京工業大学 日沼洋陽
あいち産業科学技術総合センター 鈴木正史 北海道大学 清水研一
伊藤忠セラテック(株) 下里純也 (株)日本触媒 右田啓哉
伊藤忠セラテック(株) 高橋陽 工学院大学 宮川雅矢
ENEOS(株) 松下康一 工学院大学 高羽洋充
京都大学 佐藤勝俊 島根大学 小俣光司
大分大学 永岡勝俊 長崎大学 田邉秀二
名古屋大学 薩摩篤 関西大学 永田達己
茨城大学 田中光太郎 関西大学 大洞康嗣
日揮ユニバーサル(株) 梨子田敏也 東京都立大学 村山徹
日揮ユニバーサル(株) 戸根直樹 東京理科大学 伊村芳郎
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室蘭工業大学 神田康晴 名古屋工業大学、愛知工業大学 増田秀樹
(株)東レリサーチセンター 熊沢亮一 愛知工業大学 中根大輔
(株)東レリサーチセンター 国須正洋 富山大学 阿部孝之
(国研)理化学研究所 佐藤太久真 DIC(株) 加藤愼治
(国研)理化学研究所 山田陽一 八戸工業高等専門学校 長谷川章
九州大学 永長久寛 (株)ルネッサンス・エナジー・リサーチ 岡田治
京都大学 朝倉博行 東北大学 冨重圭一
電気通信大学 岩澤康裕 秋田大学 小笠原正剛
マツダ(株) 高見明秀 秋田大学 齊藤寛治
名古屋大学 小澤正邦 秋田大学 加藤純雄
ソルベイ・スペシャルケム・ジャパン(株) 大竹尚孝 茨城大学 桂佑依
(国研)日本原子力研究開発機構 松村大樹 茨城大学 江口美佳
(株)本田技術研究所 森武史 東洋大学 白石美佳
三井金属鉱業(株) 柿崎慶喜 東洋大学 蒲生西谷美香
日揮触媒化成(株) 松元雄介 (国研)物質・材料研究機構 安藤寿浩
日揮触媒化成(株) 水野隆喜 東京理科大学 川脇徳久
出光興産(株) 田中隆三 東京理科大学 根岸雄一
東京都立大学 宍戸哲也 千葉大学 島津省吾
徳島大学 杉山茂 名古屋工業大学 羽田政明
東京工業大学 多湖輝興 (国研)物質・材料研究機構 阿部英樹
東京工業大学 藤墳大裕 大阪大学 今中信人
北海道大学 小林広和 大阪大学 布谷直義
北海道大学 福岡淳 信州大学 福長博
名城大学 才田隆広 福岡大学 久保田純
神戸市立工業高等専門学校 久貝潤一郎 北海道大学 武次徹也
    北海道大学 Andrey LYALIN

■ 本書のポイント

●劣化メカニズムの解明
  ・触媒の物理的変化(シンタリング)
  ・触媒表面、内部での炭素析出(コーキング)
  ・炭化水素・アンモニア・硫黄による被毒
  ・劣化と塩素量の関係
  ・無機不純物の吸着
  ・Fe堆積による触媒活性劣化


●触媒の劣化対策、高活性化
  ・前処理剤による劣化対策
  ・合金化による触媒の耐久化
  ・触媒の微粒子化・担体への分散技術
  ・第三成分(プロモーター)の添加
  ・活性金属の複合化
  ・担体からアプローチする劣化対策


●触媒の劣化評価と寿命評価
  ・シンタリング(焼結)の評価
  ・炭素析出評価
  ・担体構造の破壊(スポーリング)評価
  ・耐硫黄性評価
  ・画像で見る触媒劣化状態


●触媒の貴金属低減化、貴金属フリー技術
  ・貴金属フリーVOCs分解触媒の設計指針
  ・貴金属を用いない固体高分子形燃料電池のカソード触媒
  ・貴金属を一切使わない排ガス触媒の設計とその耐久性

■ 目  次

第1章 触媒劣化要因の発生メカニズム

第2章 触媒毒の無害化、コーキング対策、被毒耐性評価

第3章 触媒のキャラクタリゼーションと反応評価

第4章 触媒の劣化状態の解析、予測

第5章 環境触媒の劣化対策、長寿命化

第6章 資源・エネルギー触媒の劣化対策、長寿命化

第7章 重合触媒の劣化対策、長寿命化

第8章 劣化耐性の高い新規触媒の開発のためのインフォマティクスの活用

第9章 劣化、長寿命化を見据えた触媒の微粒子化・担体への分散技術

第10章 担体からアプローチする触媒の劣化・長寿命化

第11章 クラスター触媒の開発と高活性化

第12章 触媒の貴金属低減化、貴金属フリー技術


◇第1章 触媒劣化要因の発生メカニズム◇


第1節 不均一系固体触媒の劣化メカニズムの概要
1.工業触媒における寿命の定義と代表的な工業触媒の寿命因子
 1.1 工業触媒における寿命の定義と代表的な工業触媒の寿命因子
 1.2 主要な工業触媒反応と触媒寿命因子
2.触媒劣化の主要原因の概説
 2.1 熱的影響による触媒の物理的変化(シンタリング)
 2.2 触媒自身の化学的変化(相変化、化学成分変化、活性成分の揮発)
 2.3 触媒表面ないしは内部での炭素析出(コーキング)
 2.4 触媒被毒、原料中の不純物の吸着(硫黄被毒)
 2.5 無機不純物の吸着(原料中に含まれるメタルなどの不純物)
 2.6 機械的強度による破損(炭素析出による物理的強度の減少)
3.劣化触媒のキャラクタリゼーション
 3.1 触媒のキャラクタリゼーション
 3.2 触媒寿命評価試験の方法
4.触媒劣化の防止対策
 4.1 触媒使用条件を改善する方法
 4.2 触媒を改良する方法

第2節 固体高分子形燃料電池におけるカソード触媒層の劣化メカニズム
はじめに
1.起動停止サイクルでのPt担持カーボン触媒の耐久性
 1.1 起動停止操作におけるPt担持カーボン触媒の電気化学的およびラマン分光解析による耐久性評価
 1.2 起動停止サイクルにおけるカソード触媒のカーボン腐食
 1.3 起動停止サイクルにおける中間性能評価のカソード触媒腐食への影響
 1.4 ガス置換起動サイクルにおけるカソード触媒の耐久性
 1.5 水素パッシベーション起動停止サイクルにおけるカソード触媒の劣化メカニズム
2.負荷変動サイクルでのPt担持カーボン触媒の耐久性
 2.1 負荷変動模擬操作でのカソードPt担持カーボン触媒の耐久性
おわりに


第3節 Ni/TiO2触媒の劣化要因
はじめに
1.CO選択メタン化触媒
 1.1 触媒開発の背景
 1.2 CO選択メタン化触媒の設計指針
 1.3 触媒の探索
2.劣化要因と寿命評価
 2.1 Ni/TiO2触媒の耐久性
 2.2 加速劣化試験
 2.3 劣化と塩素量の関係
3.安定なNi/TiO2触媒


第4節 水蒸気改質用Ni触媒の劣化挙動
はじめに
1.水蒸気改質におけるNi触媒の劣化要因
 1.1 シンタリング(焼結)
 1.2 炭素析出
 1.3 担体構造の破壊(スポーリング)
2.Ni触媒の劣化評価
 2.1 シンタリング(焼結)の評価
 2.2 炭素析出評価
 2.3 担体構造の破壊(スポーリング)評価
3. 水蒸気改質用Ni触媒の劣化挙動事例
 3.1 コアシェル型担体を用いたNi触媒の作製
 3.2 プロパン水蒸気改質におけるNi触媒の劣化事例(短時間試験)
 3.3 プロパン水蒸気改質におけるNi触媒の劣化事例(耐久試験)
 3.4 担体のスポーリング特性評価事例
  3.4.1 スポーリング試験法
  3.4.2 緻密体におけるスポーリング特性
  3.4.3 微細気孔担体におけるスポーリング特性
  3.4.4 バイモーダル型担体におけるスポーリング特性
  3.4.5 担体の改良による触媒寿命への影響
おわりに


第5節 残油直接脱硫における触媒劣化メカニズム
はじめに
1.残油直接脱硫触媒の主な劣化要因
2.脱メタル反応に伴う触媒劣化
 2.1 メタル化合物の構造
 2.2 脱メタル反応に伴う触媒劣化のメカニズム
3.炭素質堆積による触媒劣化
 3.1 コーク生成
 3.2 スラッジ生成
4.Fe堆積による触媒活性劣化

第6節 CO選択酸化用触媒の劣化抑制機構の解明
1.はじめに
2.CO選択酸化触媒の劣化要因
3.Ru系PROX触媒のNH3による劣化機構の解明
4.合金化によるRu系PROX触媒の耐久化と劣化抑制機構
5.考察とまとめ


第7節 ディーゼル酸化触媒の炭化水素被毒による劣化メカニズム
1.ディーゼル酸化触媒の役割と軽油燃料による被毒
2.実験的な知見
 2.1 炭化水素の炭素数とC-C不飽和結合が燃料の着火温度に与える影響
 2.2 実験結果からみた担持金属表面への炭化水素の吸着
3.理論計算
 3.1 計算方法と吸着エネルギーの定義
 3.2 飽和炭化水素(n-アルカン)の吸着構造と吸着エネルギー
 3.3 不飽和炭化水素(1-アルケン)の吸着構造と吸着エネルギー
 3.4 燃焼活性と炭化水素の吸着エネルギーの相関


第8節 SCRF触媒の水熱劣化メカニズム
はじめに
1.SCRF触媒の劣化要因
2.SCR触媒の水熱劣化による浄化特性の変化
 2.1 浄化特性の取得方法
 2.2 水熱劣化触媒のNOx浄化特性
3.触媒物性計測とSCRF触媒の水熱劣化メカニズム
4.まとめ


◇第2章 触媒毒の無害化、コーキング対策、被毒耐性評価  
第1節 触媒毒を無害化する前処理剤の特性,使い方
はじめに
1.触媒燃焼法について
 1.1 触媒燃焼法
 1.2 VOC分解触媒の種類
 1.3 触媒形状
 1.4 触媒担体
 1.5 各種VOC分解活性
2.触媒の劣化
 2.1 触媒の劣化要因
 2.2 触媒毒による劣化
  2.2.1 有機シリコン,有機リン化合物および有機金属化合物
  2.2.2 ハロゲン
  2.2.3 硫黄
3.前処理剤による劣化対策
 3.1 前処理剤の基本メカニズム
 3.2 前処理剤の種類
 3.3 前処理剤の使い方
 3.4 前処理剤の特性/各触媒毒に対する効果
  3.4.1 有機シリコンに対する効果
  3.4.2 硫黄化合物(SO2)に対する効果
  3.4.3 リン化合物に対する効果
  3.4.4 タール状の重質成分などの付着性,粘着性の高い物質への対策

第2節 耐コーキング被毒触媒デザイン
はじめに
1.メタン活性
 1.1 フラット表面とステップ表面のメタン活性
2.コーキング被毒
 2.1 コーキング被毒の起源
 2.2 ニッケル触媒とルテニウム触媒
3.耐コーキング触媒デザイン
おわりに

第3節 触媒の耐硫黄性評価
はじめに
1.TPS法によるPd-P触媒の耐硫黄性評価
 1.1 Pd触媒のTPSプロファイルにおけるピークの帰属
 1.2 Pd触媒の耐硫黄性に与えるP添加効果
 1.3 Pd-P触媒の耐硫黄性に与える還元温度の影響
2.Rh-P系触媒との比較
 2.1 耐硫黄性に与えるP担持量の影響
 2.2 耐硫黄性に与える還元温度の影響
おわりに

 

 


◇ 第3章 触媒のキャラクタリゼーションと反応評価◇

第1節 表面組成分析のための測定機器の使い方、データ解釈
はじめに
1.赤外分光法(FT-IR)
 1.1 FT-IRの測定モード
 1.2 拡散反射法の実際と注意点
 1.3 拡散反射法の測定例
2.X線光電子分光法(XPS)
 2.1 測定原理と特徴
 2.2 試料調製
 2.3 ワイドスキャン
 2.4 表面の組成評価
 2.5 化学状態評価

第2節 高分子パラジウム触媒の構造解析
はじめに
1.高分子パラジウム触媒の調製と反応
 1.1 触媒調製
 1.2 C-Hアリール化反応
 1.3 鈴木―宮浦反応
2.配位構造の解析
 2.1 XAFS
  2.1.1 XANES
  2.1.2 EXAFS
 2.2 IRおよびラマン分光法
  2.2.1 遠赤外領域のIRおよびラマンスペクトル
  2.2.2 同位体ラベル実験
 2.3 触媒の再利用性と局所構造に関する考察
3.ナノ構造の解析
 3.1 比表面積(ガス吸着法)
 3.2 細孔分布(ガス吸着法)
おわりに

第3節 Pt-FeOx触媒の特性評価と構造解析
はじめに
1.含浸法で調製したPt-FeOx担持触媒の酸化特性評価と構造解析5)
 1.1 Pt-Fe/TiO2のCO酸化触媒特性
 1.2 FTIRによる反応追跡
2.保護コロイド法によるPt-Fe担持触媒の開発6)
 2.1 Pt-遷移金属担持触媒のCO酸化特性
 2.2 保護コロイド法で調製したPt-Fe/TiO2触媒のキャラクタリゼーション
おわりに


◇第4章 触媒の劣化状態の解析、予測◇


第1節 排ガス浄化触媒貴金属成分の酸化還元挙動の解明
はじめに
1.排ガス浄化触媒のその場分析手法
 1.1 X線吸収分光法
 1.2 その場分析システム
2.排ガス浄化触媒動作中の貴金属成分の動的挙動解析
 2.1 Operando XAFSによる三元触媒反応中のRh触媒の動的挙動解析
 2.2 Operando XAFSによる三元触媒反応中のPd触媒の動的挙動解析
おわりに

第2節 in situ XAFS測定による活性構造と劣化挙動の観察・評価
1.固体触媒の活性・選択性を決める因子とXAFSなどによる計測
2.触媒劣化の原因とXAFSなどによる計測
3.XAFS法の原理と特徴および得られる情報
4.in situ XAFSによる活性構造と劣化状態の観察・評価

第3節 水蒸気改質反応用貴金属触媒の硫黄耐性
はじめに
1.水蒸気改質触媒
 1.1 水蒸気改質反応
 1.2 水蒸気改質触媒
 1.3 小型改質器のための触媒設計
2.劣化発生要因の解析
 2.1 既存触媒の劣化挙動
 2.2 貴金属触媒の性能
 2.3 貴金属触媒の硫黄耐性
 2.4 貴金属触媒の再生
 2.5 炭素析出の影響
3.Pt触媒のまとめ


◇第5章 環境触媒の劣化対策、長寿命化 ◇

第1節 自動車排出ガス浄化用触媒の劣化対策
はじめに
1.排出ガス浄化用触媒について
 1.1 三元触媒システム
 1.2 NOx浄化触媒
 1.3 パティキュレート燃焼触媒
 1.4 その他
2.触媒の劣化メカニズムと劣化抑制技術
 2.1 三元触媒の劣化メカニズム
 2.2 NOx触媒の劣化メカニズム
 2.3 パティキュレート燃焼触媒の劣化メカニズム
3.貴金属シングルナノ粒子触媒技術
 3.1 量産三元触媒への適用
 3.2 エンジンの高効率化に対応した貴金属シングルナノ粒子触媒技術の進化
4.おわりに

第2節 Pd系排ガス浄化触媒のナノ粒子状態と特性
1.Pd系触媒のナノ粒子状態
2.低温酸化活性とPd添加量
3.リーン耐久と再分散現象
4.担体の影響
5.まとめ


第3節 酸化セリウム触媒の高耐熱性化
はじめに
1.高耐熱性酸化セリウムの合成
 1.1 高耐熱性酸化セリウム
 1.2 比較酸化セリウム
2.物性評価および高耐熱性化の考察
 2.1 酸化物の形状
 2.2 比表面積
 2.3 高耐熱性化の考察
3.高耐熱性酸化セリウム触媒の接触変換特性

第4節 水素−酸素再結合触媒の長寿命化
はじめに
1.「その場」観測によるアプローチ
 1.1 X線吸収分光法
 1.2 「その場」観測
2.水素−酸素再結合触媒の劣化要因解明
 2.1 自動車触媒をベースとした触媒設計
 2.2 一酸化炭素による被毒
 2.3 高湿度環境下での劣化
おわりに

第5節 接触性を向上させたDPF再生触媒の劣化対策
はじめに
1.背 景
2.触媒コンセプト
 2.1 Ag系PM燃焼触媒の接触性向上コンセプト
  2.1.1 Macro Scaleの接触性向上〜触媒被覆率〜
  2.1.2 Meso Scaleの接触性向上〜触媒粒子径〜
  2.1.3 Nano Scaleの接触性向上〜表面Ag比率の影響〜
 2.2 STCのPM燃焼性能
3.耐久性能の向上
 3.1 性能劣化要因
 3.2 性能劣化原因
 3.3 性能劣化対策
  3.3.1 元素添加によるAgシンタリング抑制
  3.3.2 サポート材種によるAgシンタリング抑制
 3.4 剥離対策
4. STC実車適用時のDPF性能
 4.1 後処理システム
5. 結 論


◇ 第6章 資源・エネルギー触媒の劣化対策、長寿命化 ◇

第1節 石油精製触媒の劣化対策、長寿命化
はじめに
1.水素化処理触媒
 1.1 石油精製処理での水素化処理触媒の役割
  1.1.1 石油精製処理反応の概要
  1.1.2 水素化処理触媒の基本構成
 1.2 水素化処理触媒の活性劣化の主要因と触媒設計での取組み
  1.2.1 触媒表面へのコーク析出
  1.2.2 不純物の吸着と堆積
  1.2.3 触媒活性成分の変質
 1.3 活性劣化に対する触媒設計での取組み
2.流動接触分解(FCC)触媒
 2.1 水熱劣化対策
 2.2 メタル劣化対策
  2.2.1 バナジウム(V)に対する対策
  2.2.2 ニッケル(Ni)に対する対策
  2.2.3 鉄(Fe)に対する対策
 2.3 まとめ


第2節 アスファルテン凝集制御からみる触媒失活防止
1.緒言
 1.1 水素化触媒の活性劣化
 1.2 アスファルテン凝集
2.アスファルテン凝集挙動解析
 2.1 重質油の化学とアスファルテンの凝集
  2.1.1 重質油の分子構造
 2.2 ペトロリオミクスと多成分系凝集モデル
  2.2.1 詳細組成構造解析
  2.2.2 凝集挙動解析と多成分系凝集モデル
3.RDS触媒劣化低減に向けたアスファルテン凝集制御技術
 3.1 技術
 3.2 効果
4.結言

第3節 水素製造触媒の安定性向上
はじめに
1.天然ガスからの水素製造技術
 1.1 天然ガスからの水素製造プロセスにおける活性低下の要因
 1.2 炭素析出の抑制
2.高い安定性を示す担持Ni触媒の調製
 2.1 層状複水酸化物塩ハイドロタルサイトを前駆体とする高分散Ni触媒の調製
 2.2 極微量貴金属のドープによる触媒の安定性の向上
 2.3 極微量貴金属をドープした触媒の自己活性化・自己再生の機構
おわりに

第4節 水素製造触媒の劣化
はじめに
1.水素製造反応
 1.1 水蒸気改質反応
 1.2 部分酸化反応
 1.3 オートサーマルリフォーミング反応
2.工業的な水素製造反応プロセスと触媒
 2.1 工業的な水素製造プロセス
 2.2 工業的なプラントに充填される水素製造触媒
3.水素製造触媒の活性劣化
 3.1 シンタリングによる触媒劣化
 3.2 炭素析出による活性劣化と触媒破損
 3.3 硫黄被毒による触媒劣化とその回復

第5節 触媒劣化因子を逆手に取った触媒開発
はじめに
1.塩素"被毒"を利用したメタンの部分酸化活性の改善
2.触媒活性成分の"昇華"に着目したアルケンの部分酸化活性の改善
3."低分散"銀触媒によるプロピレンからプロピレンオキサイドの合成
4."コーキング"により触媒活性が劇的に改善するイソブタンの接触脱水素反応
最後に

第6節 高いコーキング耐性を有するメタンドライリフォーミング用触媒
はじめに
1.メタンドライリフォーミング反応の特徴と触媒劣化の要因
2.コーキング抑制のための触媒開発
 2.1 適切な触媒材料の選定
  2.1.1 触媒担体の選定
  2.1.2 第三成分(プロモーター)の添加
  2.1.3 活性金属の複合化
 2.2 多孔体担体による活性金属の包接
  2.2.1 シート状担体による活性金属の包接
  2.2.2 アモルファスシリカ担体による活性金属の包接
  2.2.3 ゼオライト担体による活性金属の包接
3.バイオマス原料のドライリフォーミングの現状と課題
 3.1 エタノールのドライリフォーミング
 3.2 グリセリンのドライリフォーミング
おわりに

第7節 メタンの酸化的改質反応に資するゼオライト担持金属触媒
はじめに
1.メタンの酸化的改質反応
2.ゼオライト担持ロジウム触媒
 2.1 触媒設計指針
 2.2 実験法
 2.3 Rh/MORのキャラクタリゼーション
 2.4 メタンの酸化的改質反応
3.ゼオライト担持微量ロジウム添加コバルト触媒
 3.1 触媒設計指針
 3.2 Rh-Co/MORのキャラクタリゼーション
 3.3 メタンの酸化的改質反応

第8節 耐CO被毒性を有するPt坦持触媒の合成
はじめに
1.白金表面におけるCO被毒
 1.1 白金表面でのCO吸着
 1.2 白金上での吸着COの酸化除去
 1.3 耐CO被毒性を有するPtRu合金触媒
2.合金系のPt坦持触媒
 2.1 PtRu合金におけるCOad酸化反応
 2.2 PtRuIr合金におけるIrの役割
 2.3 二元系のPt合金触媒
3.酸化物を利用したPt坦持触媒
 3.1 PtRu合金における酸化物相の存在
 3.2 白金ナノ粒子と酸化ルテニウム
 3.3 酸化ルテニウムによる二元機能機構
 3.4 酸化ルテニウム以外の酸化物
4.おわり

第9節 金属ナノ粒子−酸化物界面の構造制御によるCO選択酸化およびにメタノール酸化に対する触媒性能向上
はじめに
1.電子線還元法で合成したPtCu-CuOx複合体のCO選択酸化特性
 1.1 電子線還元法によるナノ粒子触媒の合成
 1.2 Pt-Cuナノ粒子触媒の構造
 1.3 Pt-Cuナノ粒子触媒のCO選択酸化活性
 1.4 Pt-Cuナノ粒子構造と触媒性能に対する担体の影響
2.電子線還元法で合成したメタノール酸化用Pt-Ru触媒
 2.1 炭素担持Pt-Ruナノ粒子触媒の構造
 2.2 錯化剤の添加によるPtとRuの固溶の促進

第10節 耐コーク性に優れたオレフィン製造用ゼオライト系複合触媒(仮)


◇ 第7章 重合触媒の劣化対策、長寿命化◇


第1節 強酸性イオン交換樹脂の触媒としての長寿命化
はじめに
1.強酸性イオン交換樹脂の固体酸触媒としての特徴と適用事例
 1.1 強酸性イオン交換樹脂の固体酸としての特徴
 1.2 固体酸触媒としての強酸性イオン交換樹脂の適用例
2.強酸性イオン交換樹脂の活性低下要因
 2.1 一般論としての触媒活性低下と強酸性イオン交換樹脂の劣化要因
 2.2 スルホン酸基の脱落
 2.3 イオン交換による活性低下
 2.4 有機系不純物によるファウリング
 2.5 その他の劣化要因
3.触媒劣化要因解析と劣化対策の具体例(エーテル製造プロセス)
 3.1 はじめに
 3.2 反応の概要と触媒活性低下挙動の検討
 3.2 触媒劣化要因の検討
最後に

第2節 高活性オレフィン多量化触媒の創出と展開
はじめに
1.オレフィン多量化触媒
2.高活性オレフィン重合触媒の創出
 2.1 高活性触媒の設計
 2.2 創出された高活性触媒
3.FI触媒の展開
 3.1 FI触媒の特徴
 3.2 差別化材料の創製
4.エチレンの選択的三量化触媒の開発19)
 4.1 エチレンの重合と選択的三量化の類似性
 4.2 エチレンの選択的三量化触媒の創出
 4.3 SFI触媒の開発
5.エチレンの選択的四量化触媒の創出


◇ 第8章 劣化耐性の高い新規触媒の開発のためのインフォマティクスの活用◇

第1節 酸化物触媒設計における理論計算・機械学習の利用例
はじめに
1. 酸化物の表面酸素欠陥生成エネルギーに影響する電子的因子
2.Al,Ga酸化物の不安定表面上の活性サイト探索
3.Al,Ga酸化物の表面上の活性サイトのインフォマティックス
おわりに

第2節 固体触媒の開発におけるインフォマティクスの適用事例
はじめに
1.選択性向上のための調製条件の最適化
 1.1 背景
 1.2 データ
 1.3 解析手法
 1.4 結果と考察
 1.5 結論
2.触媒組成と性能への影響の推定
 2.1 背景
 2.2 データ
 2.3 解析手法
 2.4 結果と考察
 2.5 結論
3.触媒中成分の列挙と組成の比較
 3.1 背景
 3.2 データ
 3.3 解析手法
  3.3.1 解析上の改良点
  3.3.2 解析モデル
 3.4 結果と考察
 3.5 結論
おわりに

第3節 マテリアルズインフォマティクスを活用した燃料電池触媒層の構造デザイン
1.燃料電池の構造と原理
2.アノード触媒層のCO被毒による劣化と合金化の有用性
3.定量的構造物性相関を利用したエネルギー計算
4.CO耐性を示すナノ構造の探索と展望

第4節  機械学習を用いた長寿命触媒の設計
1.触媒設計の方針
 1.1 メタノール合成触媒とジメチルエーテル合成
 1.2 機械学習による触媒開発
 1.3 劣化の表現方法
 1.4 Rの利用
 1.5 劣化パラメータの決定方法
2.実験結果
 2.1 実験条件と反応結果
 2.3 推定結果と検証
 2.3 モデルの感度分析

 


◇第9章 劣化、長寿命化を見据えた触媒の微粒子化・担体への分散技術◇

第1節 ナノ金属触媒の調製
はじめに
1.貴金属ナノ粒子触媒の調製
 1.1 超音波を使った液相貴金属ナノ粒子の調製
 1.2 還元剤を使った液相ナノ粒子調製
 1.3 逆ミセル法によるナノ粒子調製
2.担持金属触媒
 2.1 含浸法による担持金属触媒の調製
 2.2 析出沈殿法による触媒調製
 2.3 ゾル・ゲル法による触媒調製
 2.4 イオン交換法による触媒調製
 2.5 高出力超音波による担持貴金属触媒調製
おわりに

第2節 ナノサイズPd微粒子の合成並びに触媒反応への応用
はじめに
1.Pdナノ粒子の合成法
 1.1 還元剤,還元手法
  1.1.1 金属水素化物
  1.1.2 還元性気体
  1.1.3 窒素化合物
  1.1.4 アルコール
 1.2凝集制御
  1.2.1 低分子
  1.2.2 高分子
  1.2.3 炭素材料
 1.3 保護剤を加えない粒子合成
2.Pdナノ粒子を用いた触媒反応
 2.1 クロスカップリング反応
  2.1.1 鈴木−宮浦クロスカップリング, 溝呂木Heck反応
  2.1.2 薗頭萩原クロスカップリング
  2.1.3 右田−小杉−Stilleカップリング
  2.1.4 Larockインドール合成
  2.1.5 ハロゲン化アリールとヒドロシランのカップリング
 2.2 酸化反応
  2,2,1 アルコールの酸化
  2.2.2 ワッカー酸化
 2.3 還元反応
  2.3.1 水素化反応
まとめ

第3節 金のナノ粒子化による触媒への応用
はじめに
1.金ナノ粒子触媒の調製方法
2.金ナノ粒子担持触媒
 2.1 触媒に用いられる金ナノ粒子、ナノクラスターのサイズ
 2.2 金ナノ粒子担持触媒における担体の役割と分類
 2.3 金ナノ粒子担持触媒の分野における新しい担体
 2.4 貴金属ナノ粒子触媒におけるSMSI
 2.5 サブナノからシングルアトムサイズの金担持触媒
3.金ナノ粒子を用いた触媒反応例
 3.1 水性ガスシフト(WGS)反応
 3.2 水素リッチ条件での選択的なCO酸化(CO-PROX)反応
 3.3 O2とH2を用いたプロピレンのエポキシ化によるプロピレンオキシド(PO)合成
 3.4 気相水素化反応
 3.5 液相反応
4.おわりに

第4節 金ナノフラワーの作製と触媒特性
はじめに
1.アルミナ担持金ナノフラワー触媒
2.アルミナ担持金−銀ナノフラワー触媒
3.酸化鉄担持金ナノフラワー触媒
おわりに

第5節 触媒の劣化防止、長寿命化、高機能化を指向した超微粒子化、分散技術
はじめに
1.シップインボトル法による金属錯体内包ゼオライト触媒の創製
2.フェムト秒レーザーによる難水溶性物質の分散化および水溶化
3.フェムト秒レーザーよる金属錯体触媒内包ゼオライトの分散化と触媒性能
4.イオン液体修飾電極に内包・担持した鉄二核錯体による酸素の四電子還元
おわりに

第6節 ドライプロセス微粒子表面修飾・改質による触媒高性能化への可能性
はじめに
1.多角バレルプラズマ表面修飾・改質法
 1.1 金属薄膜の修飾
 1.2 金属ナノ粒子の修飾
 1.3 微粒子表面の改質
2.高活性ナノ触媒の創成
 2.1 高活性CO2メタン化反応触媒
 2.2 高活性水素製造触媒
  2.2.1 高活性メタン脱水素触媒
  2.2.2 高活性水分解光反応触媒
 2.2 高活性固体高分子形燃料電池用電極触媒
3.おわりに

第7節 ナノ金属担持多孔性コンポジット:微細構造制御と高耐久性触媒調製へ向けたアプローチ
はじめに
1.高分子固定化Pdナノ触媒の調製法と微細構造
2.高分子固定化Pdナノ触媒の触媒作用
おわりに

 

 


◇第10章 担体からアプローチする触媒の劣化・長寿命化◇

第1節 耐熱性アルミナ担体を用いた水蒸気改質触媒の開発
はじめに
1.共沈法による高耐熱性アルミナの調製
 1.1 耐熱性アルミナの調製方法
 1.2 評価方法
 1.3 シリカ添加アルミナの耐熱性
2.新規耐熱性アルミナの水蒸気改質触媒への応用
 2.1 耐熱性アルミナ担持Ni-La触媒による水蒸気改質触媒の調製

第2節 酸化セリウムを担体とした金属および金属酸化物触媒の安定性向上
はじめに
1.酸化セリウム
2.酸化セリウム担持ルテニウム触媒
 2.1 藻類バイオマス由来液体燃料の製造
 2.2 担持ルテニウム触媒の構造
3.酸化セリウム担持酸化レニウム触媒
 3.1 バイオマス関連化合物からの化学品製造と脱酸素脱水反応
 3.2 脱酸素脱水素反応用固体触媒ReOx-Pd/CeO2の構造13)
4.酸化セリウム担持銅触媒
 4.1 CO2水素化反応
 4.2 酸化セリウム担持銅触媒を用いた炭酸ジメチル水素化反応24)
まとめと今後の展望

第3節 アパタイト型酸化物を担体としたPt触媒の調製
はじめに
1.Pt/酸化物触媒とアパタイト型化合物
 1.1 Pt/酸化物触媒
 1.2 アパタイト型化合物
2.アパタイト型ケイ酸ランタン担持触媒の選択触媒還元(SCR)活性
 2.1 M/La9.33Si6O26触媒(M=Pt,Pd)の調製とM/Al2O3触媒との比較
 2.2 Pt/アパタイト型ケイ酸塩の炭化水素種吸着形態
3.アパタイト型ケイ酸塩への元素置換効果
 3.1 Pt/La8.33ASi6O25.5(A=Ca,Sr,Ba)触媒のSCR活性
 3.2 Pt/La8A2Si6O26触媒
4.まとめ

第4節 マリモカーボンの固体高分子形燃料電池の触媒担体への応用
はじめに
1.実験方法
 1.1 マリモカーボンの合成
 1.2 Pt担持マリモカーボンの調製
 1.3 フルセルでの発電性能評価
2.結果と考察
 2.1 電子顕微鏡による異なるカーボン担体およびその上に析出した触媒の構造
 2.2 BET法による比表面積評価  
 2.3 発電性能
 2.4 劣化加速試験による耐久性評価
  2.4.1 I−V測定
  2.4.2 ECSA測定
  2.4.3 劣化加速試験前後の触媒の物性評価
おわりに

 


◇ 第11章 クラスター触媒の開発と高活性化◇

第1節 溶液中の合金クラスターの動的挙動
1.はじめに
2.溶液中でのクラスター間金属交換反応の観測
 2.1 [Au38?xAgx(SR)24]0の合成
 2.2 RP?HPLCとESI?MSによる化学組成変化の追跡
3.溶液中での金属クラスターの挙動
 3.1 観測結果の解釈
 3.2 仮説の確認
4.おわりに

第2節 白金クラスター担持アルミナ触媒の創製と酸化触媒性能の評価
1.はじめに
2.白金クラスターの精密担持
 2.1 [Pt17(CO)12(PPh3)8]Clnの合成
 2.2 [Pt17(CO)12(PPh3)8]Clnのγ-Al2O3上への吸着
 2.3 Pt17の -Al2O3上への担持
3.Pt17/g-Al2O3の酸化触媒性能
 3.1 CO酸化反応
 3.2 C3H6酸化反応
 3.3 耐久性
4.おわりに

第3節 担持Niナノクラスター触媒の調製とその可能性
はじめに
1.担持Niナノクラスター触媒による官能基選択的水素化
2.担持多元系Niナノクラスター触媒による不飽和カルボニル化合物の選択的水素化
3.シリカ担持Ni触媒の将来性
4.担持Niナノクラスター触媒による水素化反応 
5.担持Niナノクラスター触媒による脱水素反応
終わりに


◇ 第12章 触媒の貴金属低減化、貴金属フリー技術◇

第1節 白金族金属の複合化による排ガス浄化性能の向上と省資源化
はじめに
1.三元触媒におけるRhIr複合化効果
 1.1 RhIr複合化触媒の最適組成
 1.2 RhIr複合化粒子の特性評価
 1.3 RhIr複合化による使用量低減効果
2.ディーゼル酸化触媒におけるPtPd複合化効果
 2.1 PtPd複合化触媒の最適組成
 2.2 アルミナ担体への第2成分添加効果
おわりに

第2節 貴金属を一切使わない排ガス触媒の設計とその耐久性
1.排ガス触媒のいま
2.粒子マイグレーション
3.排ガス触媒における貴金属全代替への課題
4.トポロジー設計によるブレイクスルー
5.今後の展開


第3節 貴金属フリーVOCs分解触媒の設計指針と開発
はじめに
1.触媒設計指針
 1.1 可能な限り低温でVOCsを完全燃焼する触媒の設計指針
 1.2 高温耐久性に優れる高活性触媒の設計指針
2.高い耐熱性を有する貴金属フリーのトルエン酸化分解触媒
3.総括

第4節 低白金・非白金触媒を用いた燃料電池の電極
はじめに
1.燃料電池
 1.1 燃料電池の種類
 1.2 PEFCの原理
 1.3 PEFC用白金触媒
 1.4 PEFC用触媒の劣化要因
 1.4 PEFC用触媒の耐久性
2.低白金触媒
 2.1 白金合金触媒
 2.2 コアシェル触媒
 2.3 シリカ被覆触媒
 2.4 白金ナノシート触媒
 2.5 コアシェル白金ナノシート触媒
3.非白金触媒
 3.1 酸化物系
 3.2 カーボン系触媒
 3.3 シルク活性炭

第5節 貴金属を用いない固体高分子形燃料電池のカソード触媒 はじめに
1.4族・5族元素の化合物によるカソード触媒
 1.1 残渣炭素を利用する4族・5族元素の酸化物によるカソード触媒
 1.2 4族・5族元素の窒化物ナノ粒子によるカソード触媒
 1.3 電解析出によって調製した4族・5族元素の酸化物ナノ粒子によるカソード触媒
2.FeやCoの含窒素錯体から調製したカソード触媒
3.炭素と典型元素のみによるカソード触媒
おわりに

第6節 新電極触媒BN/Au:理論提案から実験実証へ
はじめに
1.不活性担体を電極触媒へ:六方晶窒化ホウ素(h-BN)の機能化
 1.1 酸素還元反応(ORR)触媒としてのカーボンアロイ材料
 1.2 ORR触媒および水素発生反応(HER)触媒としてのh-BNの可能性
 1.3 h-BNへの欠陥の効果
 1.4 h-BNへの金属担体の効果
 1.5 ORR過程のエネルギー変化
 1.6 ORRの活性サイトはどこか
 1.7 h-BN/Au(111)はHER触媒としても有効である
2.まとめと展望

     

 

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