Catch Key Points of a Paper ~0015~

論文のタイトル: CO2 Methanation via Amino Alcohol Relay Molecules Employing a Ruthenium Nanoparticle/Metal Organic Framework Catalyst（CO2のメタン化のための触媒 - ルテニウムナノ粒子/金属有機構造体を用いる） 

著者: Xinjiang Cui, Serhii Shyshkanov, Tu N. Nguyen, Arunraj Chidambaram, Zhaofu Fei, Kyriakos C. Stylianou, Paul J. Dyson

雑誌: Angewandte Chemie International Edition

巻: 59巻

出版年: 2020年

背景

1: 研究の背景

CO2活用は地球温暖化対策として重要な課題

CO2のメタン化は有用な水素キャリアとして注目

2: 従来法の課題

直接メタン化は8電子過程で反応が困難

高温条件が必要で副生成物が生じる

3: 研究の目的

アミノアルコールを介した間接メタン化法の開発

高活性・選択的な固体触媒の探索

方法

1: 触媒の調製 

Ru前駆体をMOFに含浸し、Ru ナノ粒子を形成

TEM、EDXによりキャラクタリゼーション

2: 反応評価

オキサゾリジノンをモデル基質に用いた

ガス生成物はGC-TCDで定量

3: 反応条件の最適化

温度、水素圧力、溶媒の影響を評価

再現性と触媒活性の評価

結果

1: Ru ナノ粒子の特性

MOF上に1.5-3 nmの狭い粒径分布

XPSで金属Ruの存在を確認  

2: 触媒活性

99%のメタン選択率で基質が変換 

最適条件下で71%のアミノアルコール収率

3: 反応機構

オキサゾリジノンがCO2と水素で還元

アミノアルコールが再生された

考察

1: MOF支持体の役割

ナノ粒子の高分散と小さなサイズ制御

反応場の化学的安定性が向上

2: Ruナノ粒子の役割

メタン生成の活性点として作用

金属性Ruが主要な活性種

3: Eu3+イオンの役割

ルイス酸性により基質活性化

発光クエンチ実験で相互作用を確認  

4: 他の触媒系との比較

Ru/C、Ru/Al2O3より高活性

貴金属触媒では低活性

5: 触媒の制約

263℃以上で分解が進行

長時間運転で活性が低下

結論

アミノアルコールを介体とする間接的CO2メタン化法を開発

MOF担持Ruナノ粒子触媒が高活性・選択性を示した

MOFの構造的特性が反応に有利に働いた  

将来の展望

再生可能な触媒システムとして実用的