本文へジャンプ

挑戦するナノ触媒マテリアル化学

海老谷研究室 EBITANI Laboratory
教授:海老谷 幸喜(Ebitani Kohki)

E-mail:ebitanijaist.ac.jp
[研究分野]
触媒応用化学・触媒設計化学
[キーワード]
資源・エネルギーの有効活用、有機分子変換反応、触媒構造解析、新規触媒の創製

研究を始めるのに必要な知識・能力

化学に関しては、基礎有機化学、基礎物理化学等、授業科目「材料化学概論」程度の知識。新しい事にチャレンジする積極性。

この研究で身につく能力

研究活動を通して、どの様に課題を解決すればよいかという課題解決能力を修得できます。また、応用展開を見据えた触媒化学の基礎学問・選択的に物質変換を行うため基礎実験技術を修得できます。触媒のキャラクタリゼーションを通して、各種分析機器の基本原理を学べます。英語の文献を読む能力・自分の結果を他人に正確に伝えるプレゼンテーション能力を身に付けることも重要です。

【就職先企業・職種】 化学製造・環境分析・食品製造業など

研究内容

 次世代を見据えた先進的な物質変換においては、何を作るかではなく、目的とする化合物をいかにスマートに、環境に負荷を与えないかたちで作るかといった点が重要視されています。触媒は古くから物質変換(原子の組み替え)の根幹に関わる高機能性材料である、新しい機能を賦与した触媒は旧来の物質変換プロセスを一新し、目的物質だけを高収率(および選択率)で作るためのシンプルでクリーンな物質変換ストラテジーを提供できます。
 当研究室では、固体表面を原子レベルで見つめ、環境・エネルギー・健康問題の解決に貢献する物質変換を目指した精密な触媒設計法の開拓を通して、新しい機能を備えた固体触媒“賢者の石”を創製することを目的にしています。化学をベースに研究を進めますが、物質の触媒作用を決定づける表面原子配列を観察する物理系、新たな触媒を設計するために必要な生体の優れた機能を解明する生物系などの分野融合を通して、触媒科学が飛躍的に発展すると考えています。

1.固体表面を舞台とした触媒活性点の高度集積と協奏機能の発現

 ターゲットとする物質変換は、未来型社会実現のために不可欠である資源・エネルギーの高度活用に関わる物質変換です。例えば、地球上に無尽蔵に存在する酸素や水を用いるバイオマス由来物質の高選択的変換反応などを研究対象とします。そのため、酸素や水の活性化やC-H結合活性化能を示す触媒成分(活性サイト)を、個々の機能が最大限に発揮され、しかも協奏的に働くことができるユニークな固体表面を創製します。ここでは、活性点の配列や界面ナノ構造をも制御する新たな触媒調製法の開発が鍵となるため、本学ナノマテリアルテクノロジーセンターや大型放射光実験施設(SPring-8, KEK-PF)での光と物質の相互作用を利用する最先端の分析方法を駆使して触媒活性点の原子レベルでの構造・配列を明らかにします。
 さらに、次世代の機能性触媒材料として注目されている金属ナノ粒子の生成過程を、時間分解的分光学手法にて追跡・解明し、ソフトケミストリーの手法に基づき粒子径や、形状、表面酸化状態、微細組成をも同時に制御するナノ粒子触媒の調製へも挑戦します。

2.実用的触媒材料への展開

 人類の持続可能な発展に貢献する触媒でのイノベーションケミストリーを社会に還元するため、産官学を問わない研究開発活動へと展開します。特に、新規触媒材料の実用化を大きな目標とします。また、触媒科学を中心とする新たな研究領域の創生を目指します。

主な研究業績

  1. M. Shirotori, S. Nishimura, K. Ebitani: Genesis of Bi-functional Acid-Base Site on Cr-supported Layered Double Hydroxide Catalyst Surface for One-pot Synthesis of Furfurals from Xylose with Solid Acid Catalyst, Catalysis Science and Technology, Vol. 6, pp. 8200-8211, 2016.
  2. R. Tomar, J. Sharma, S. Nishimura, K. Ebitani: Aqueous Oxidation of Sugars into Sugar Acids using Hydrotalcite-Supported Gold Nanoparticle Catalyst under Atmospheric Molecular Oxygen, Chemistry Letters, Vol. 45, pp. 843-845, 2016
  3. H. Choudhary, J. Jia, S. Nishimura, K. Ebitani: Surfactant-assisted Suzuki-Miyaura Coupling Reaction of Unreactive Chlorobenzene over Hydrotalcite-supported Palladium Catalyst, Asian Journal of Organic Chemistry, in press.

使用装置

ガスクロマトグラフ装置
液体クロマトグラフ装置
全自動吸着装置
学内の透過型電子顕微鏡
学外の大型放射光施設

研究室の指導方針

常識にとらわれない新しい発想による固体材料表面を精密設計を通して、新規機能をもつ不均一触媒を開発し、固体触媒でしか達成できない先進的な物質変換への展開を目指しています。独創的なアイデアを集積し、アグレッシブに先端研究分野の開拓できる活気に溢れた研究室を目指します。研究進捗状況報告会を月に1回程度行っています。それ以外にも、研究に関する打ち合わせを随時行っています。修士課程の研究内容を日本化学会や触媒討論会などの学会で自身で発表し、教員により学術論文へ掲載する様、心がけています。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/~ebitani/

ページの先頭へもどる