【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24HK0049

利用課題名 / Title

バイオマス資源の利活用を可能にする固体触媒の開発

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,ナノ粒子/ Nanoparticles,電子顕微鏡/ Electronic microscope

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

中島 清隆

所属名 / Affiliation

北海道大学 触媒科学研究所触媒反応研究部門

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

新井直

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大多亮,森有子,平井直美

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-101：ダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡
HK-401：収差補正走査型透過電子顕微鏡
HK-402：走査型透過電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

酸化セリウム上に担持された金ナノ粒子（Au/CeO2）は、バイオマス由来フラン化合物の酸化的エステル化反応に良好な触媒活性を示すことが知られている。本研究では、Auの担持手法の違いがAuナノ粒子のサイズおよび触媒反応活性に及ぼす影響を検討した。今回は、コロイド固定化（SI）法および析出沈殿（DP）法を用いてAu/CeO₂を調製し（それぞれ、Au/CeO₂-SI、Au/CeO₂-DPと表記）、アセタール保護した5-ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）の酸化的エステル化反応に対する触媒として用いた。その結果、Au/CeO2-SIは、Au/CeO2-DPと比べて有意に高い反応速度を示した。通常、ナノ粒子は粒子径が小さいほど表面積が増大するため、Au量当たりの触媒活性が向上する傾向にある。したがって、活性向上の要因が粒子径に起因するかを確認するために走査透過電子顕微鏡（STEM）を用いて試料を観察した。

実験 / Experimental

Au/CeO₂は既報を参考にして調製した。得られた試料のエタノール分散液をCuメッシュ上に滴下し、乾燥させることで試料を固定化した。STEMは加速電圧200 kVの条件で測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

２つの試料を比較した結果、どちらの試料も約5～6 nmのAuナノ粒子がCeO₂上に担持されており、Auナノ粒子の粒子径に明確な違いは認められなかった。したがって、SI法、DP法共にCeO₂上へのAuナノ粒子の担持手法としては適切であることが明らかとなった。また、両試料の間に観られた触媒活性の差は、Auナノ粒子のサイズに依存した差異ではないことが示唆された。今後は、Auナノ粒子の電子状態等の解析を進めることで触媒活性の支配因子の同定を試みる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 新井直, Nirupama Sheet, 大須賀 遼太, 菅沼 学史, 村山 徹, 中島清隆，”HMFジメチルアセタールの酸化的エステル化によるフランジカルボン酸メチルの合成” 石油学会第66回年会（東京），令和5年5月28日
2. 新井直，Nirupama Sheet，大須賀遼太，菅沼学史，村山徹，中島清隆，”コロイド固定化法により調製した担持Au触媒を用いたバイオマス由来フラン化合物の酸化的エステル化反応" 第134回触媒討論会（名古屋），令和6年9月20日
3. Nao Arai, Nirupama Sheet, Ryota Osuga, Satoshi Suganuma, Toru Murayama, Kiyotaka Nakajima, "Oxidative esterification of HMF dimethyl acetal using supported Au catalyst prepared by sol immobilization method", 第54回石油・石油化学討論会（広島），令和6年11月29日
4. Nao Arai, Nirupama Sheet, Ryota Osuga, Satoshi Suganuma, Toru Murayama, Kiyotaka Nakajima, "Acetal protection strategy for oxidative esterification of methyl 5-formylfuran-2-carboxylate over CeO2-supported Au catalysts prepared by solimmobilization" 1st Catalytic Biorefinery International Conference (Thailand), 2025/2/7

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件