小倉 賢教授
生産技術研究所 附属持続型材料エネルギーインテグレーション研究センター
SDGs
連携提案
小倉研究室では，ゼオライトを始めとした多孔質材料の合成とその特徴を活かし，
環境・資源・エネルギー諸問題に資する真に使える材料を目指して，研究活動を行っている。自動車排ガス中の汚染物質の除去、二酸化炭素回収材の開発、エネルギー回収システムの構築など、応用研究も転回しており、これらの技術の実用化に関心のある企業との連携を希望している。
事業化プロポーザル
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ゼオライトを用いた環境触媒システム構築自動車排ガス浄化触媒に代表されるように、貴金属を用いた環境浄化用触媒は典型的な代表例である。元素戦略的観点からも、貴金属の機能を把握し、代替となる素材により省貴金属触媒を達成することは望ましい。 この研究室では、ゼオライトなど多孔質材料の低濃度物質濃縮作用に着目し、そこに選択性が賦活された機能を触媒活性点と併存することで、貴金属代替触媒となりうることを示した。ゼオライトの中に一酸化窒素NOや炭化水素HCの吸着作用を示す金属イオンを交換担持すると、NO、HCを選択的に濃縮することが可能となり、その後エネルギー印加によって分解や酸化が容易に進行することを示した。通常酸化活性の高くない鉄イオンの酸化還元によって、ミクロ孔内に濃縮された炭化水素を二酸化炭素まで完全酸化させ放出させるスーパーHC改質型トラップ材や、銅ゼオライトを用いたマイクロ波加熱によるNO吸着分解という新しい触媒プロセスの提案に至った。 一方、アンモニアを還元剤としたNO選択還元については、自動車技術研究組合AICEでのプロジェクトによって、産産学学による新規ゼオライト触媒設計研究に従事している。 -
酸・塩基触媒による炭素資源循環ゼオライトは典型的には結晶性多孔質アルミノシリケートである。アルミニウムが同型置換することによって生じる表面負電荷を補償するために、骨格外に正電荷をもつイオンを交換担持することができる。そこにH（プロトン）を配置すると酸触媒となり、石油精製・石油化学分野の酸触媒プロセスにおける必須な素材となっている。この酸触媒作用は主に炭素－炭素間結合を切断する機能であり、現在は過分解された炭化水素（メタンなど）は燃焼排気されている。メタンや二酸化炭素など、このような形で廃棄される炭素資源材料を、塩基触媒作用の重要な炭素－炭素結合形成機能を利用して再資源化することが究極の目標である。 その塩基触媒は、酸触媒と比較して検討例が極めて少ないのが現状である。この研究室では、シリカ骨格の酸素を窒素に同型置換することによって生じる塩基性もしくは求核性が触媒として有効に作用する反応系を見いだした。さらには、窒素置換することで生じるN-H結合のHをメチル基に置換できることを見いだし、この操作によってN上の孤立電子対の求核性（塩基性）が増大することをも見いだした。現在はこの触媒を用いて二酸化炭素を反応物とする戦略に邁進している。 -
均質多孔空間を用いたエネルギー回収システム構築均質ナノ多孔空間をもつ材料を触媒として利用しても、その構造特性をフルに活用できる触媒反応例（例えば，形状選択的反応）は実際にはほとんどみられないのが現状である。したがって、ゼオライトやメソポーラスシリカなど、均質ナノ空間を真の意味で活用するアプリケーションのアイディアが求められており、またその存在意義を深めるモチベーションが強く望まれている。 この研究室では、均質な空間に閉じ込められたエネルギー保有物質が均質なエネルギーを系に返還することが出来ることに注目し、均質ナノ空間閉じ込め材料による熱の出し入れを行う発想を得た。非常に幅の狭い温度域で熱の吸収・放出が可能な素材として、相変化物質と相転移温度が挙げられる。メソポーラスシリカの細孔内部に相変化物質を挿入し、吸熱・発熱挙動を熱測定を行い観察した。メソポーラスシリカ細孔内部で固液相変化が起こっていること、液相は界面張力により漏出しないこと、バルク体と比べると細孔壁との相互作用により回収できる熱が低下すること、繰り返し熱の吸収・放出が可能となることを発見した。このことは、多孔空間の表面で行うエネルギー変換と、多孔空間そのものを活用するエネルギー貯蔵とで役割を変化させ、利用可能なナノ多孔空間を構築することができることを示した例である。
