触媒の主要課題の黄金の解決方法 (Gold solution to catalysis grand challenge)

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2022-01-06 英国・カーディフ大学

・ カーディフ大学、米国・リーハイ大学および中国・National Centre for Magnetic Resonance(武漢市)が、天然ガスのメタンをメタノールと酢酸に選択的に直接変換する、金ナノ粒子をベースとしたシンプルで低コストな触媒技術を開発。
・ 天然ガスは最もグリーンな化石燃料の一つであるが、燃焼により温暖化ガスを排出する。このため、天然ガスの主要成分のメタンを燃料や化学物質等の有用な製品に変換する、低炭素排出のコスト効果的な新技術の開発を試みた。
・ 酸素分子によるメタンの酸化を通じた化学工業原料の選択的な生成は、触媒研究における長年の課題となっている。これまでは、エネルギーを多量に消費する高コストの複数ステップによる間接的な技術が用いられてきた。
・ 本研究では、ゼオライト ZSM-5 で担持した金ナノ粒子触媒でのメタンと酸素の反応によるメタノールへの直接転換を初めて実証した。
・ 電子顕微鏡で新触媒反応を調査した結果、3~15nm サイズの金ナノ粒子が金原子やクラスターとは著しく異なった物理・化学特性を示し、活性成分の役割を担うことを確認。また、同触媒反応ではメタノールに加えて酢酸も生成した。
・ 酢酸はテキスタイルのプリント用インク、染料や殺虫剤等の製造に使用される、一般的な工業用化学物質。メタノールは、バイオ燃料や多様な汎用化学品の前駆体として使用されている。
URL: https://www.cardiff.ac.uk/news/view/2594416-gold-solution-to-catalysis-grand-challenge

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nature Catalysis 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Au-ZSM-5 catalyses the selective oxidation of CH4 to CH3OH and CH3COOH using O2
URL: https://www.nature.com/articles/s41929-021-00725-8

Abstract

The oxidation of methane, the main component of natural gas, to selectively form oxygenated chemical feedstocks using molecular oxygen has been a long-standing grand challenge in catalysis. Here, using gold nanoparticles supported on the zeolite ZSM-5, we introduce a method to oxidize methane to methanol and acetic acid in water at temperatures between 120 and 240 °C using molecular oxygen in the absence of any added coreductant. Electron microscopy reveals that the catalyst does not contain gold atoms or clusters, but rather gold nanoparticles are the active component, while a mechanism involving surface adsorbed species is proposed in which methanol and acetic acid are formed via parallel pathways.

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