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Suganuma Satoshi

Institute for Catalysis Catalytic Reaction Research DivisionAssociate Professor

Researcher basic information

■ Degree
  • 博士(理学), 東京工業大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • バイオマス変換
  • ゼオライト
  • 固体触媒
  • 固体酸塩基触媒
Research Field
  • Nanotechnology/Materials, Inorganic materials and properties
  • Nanotechnology/Materials, Green sustainable chemistry and environmental chemistry
  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering), Catalyst and resource chemical process
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Apr. 2023 - Present
    Hokkaido University, 触媒科学研究所 触媒反応研究部門, 准教授
  • Jan. 2021 - Mar. 2023
    Tottori University, 大学院持続性社会創生科学研究科応用化学分野, 准教授
  • Apr. 2018 - Dec. 2020
    Tottori University, 大学院持続性社会創生科学研究科応用化学分野, 講師
  • Mar. 2014 - Mar. 2018
    Tottori University, Faculty of Engineering, 助教
  • Apr. 2012 - Feb. 2014
    株式会社キャタラー
  • Apr. 2010 - Mar. 2012
    日本学振興会, 特別研究員(DC2)

Research activity information

■ Awards
  • May 2022, 石油学会, 石油学会奨励賞(学術部門)出光興産賞
    実油中の多環芳香族類選択的転換のための固体酸触媒および関連技術の開発
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Lectures, oral presentations, etc.
  • Selective hydrogenation of amino acid into amino alcohol using Pt-MoOx/Al2O3
    Satoshi Suganuma; Chinami Kaku; Kiyotaka Nakajima; Etsushi Tsuji; Naonobu Katada
    1st Catalytic Biorefinery International Conference, 07 Feb. 2025
  • 石油資源の有効利用率向上のための多環芳香族類選択的転換
    菅沼学史
    第27回反好会講演会, 10 Sep. 2024, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Selective conversion of polycyclic aromatic hydrocarbons in petroleum
    Satoshi Suganuma
    第53回石油・石油化学討論会, Oct. 2023, Invited oral presentation
    [Invited]
  • アミノ酸の水素化による含窒素化学品の原料合成
    菅沼学史
    第449回触媒科学研究所コロキウム, 北海道大学, 02 Jun. 2023, Invited oral presentation
    [Invited]
  • Selective hydrogenation of amino acids
    Satoshi Suganuma
    1st Japan-China Symposium on Catalysis, Oct. 2021, Invited oral presentation
    [Invited]
  • バイオマス資源由来のアミノ酸から化成品原料の合成
    菅沼学史
    第20回バイオマス変換触媒セミナー 『多様化するバイオマス資源の利活用技術』,主催:一般社団法人触媒学会(バイオマス変換触 媒研究会), Dec. 2019, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 高圧水素条件における担持Ru触媒によるグルタミン酸から2-ピロリドンのワンポット合成反 応
    菅沼学史
    第34回若手化学者のための化学道場,主催:公益社団法人 有機合成化学協会, Sep. 2018, Invited oral presentation
    [Invited]
  • MFIゼオライトとV系複合酸化物を利用した グリセロール脱水酸化反応
    菅沼学史
    2017年日本化学会 中国四国支部大会 鳥取大会, Nov. 2017, Invited oral presentation
    [Invited]
  • 固体触媒によるバイオマスの有用化学資源化
    菅沼学史
    平成26年度日本化学会東北支部講演会 ~若手 研究者による環境低負荷型材料の開発~, Dec. 2014, Invited oral presentation
    [Invited]
■ Syllabus
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 応用化学特別講義, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 環境物質科学基礎論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 環境触媒化学特論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 先端総合化学特論Ⅱ, 2024年, 博士後期課程, 総合化学院
■ Affiliated academic society
  • THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN
  • THE JAPAN PETROLEUM INSTITUTE
  • Japan Association of Zeolite
  • CATALYSIS SOCIETY OF JAPAN
■ Research Themes
  • 糖類の分解・再結合による化学品合成法の開拓
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2027
    菅沼 学史
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 24K08155
  • Development of Co-catalysts for Artificial Photosynthesis Based on Quantum Nanostructures of Crystalline Solid Solution Oxides
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
    辻 悦司; 片田 直伸; 菅沼 学史
    2022年度、マンガンやコバルトなどの遷移金属元素を含むスピネル型複合酸化物について、光触媒である酸化ガリウム上でのナノ形態制御を行ったところ数原子層~5 nm程度の膜厚の量子薄膜が得られた。今年度はこれらを用いて水溶液中での二酸化炭素光還元反応を行ったが、二酸化炭素還元活性は低かった。そこで当初想定いていたスピネル型構造のみならず、二酸化炭素還元活性が報告されている銅やスズをベースとした結晶性酸化物についてまずは二酸化炭素還元活性を評価したのち、ナノ構造制御を進めることとした。
    酸化銅(Ⅱ)を光触媒である酸化ガリウム上にさまざまな方法で担持した。二酸化炭素光還元反応では、光による電子の励起過程と励起した電子による二酸化炭素の還元過程が両方とも機能しなければ活性を示さないため、まずは後者を評価するために電極触媒活性を評価した。酸化ガリウムのみでは活性が低く、また水溶液中では水の還元による水素生成が優先的に起こるため二酸化炭素還元の選択率は低かったが、酸化銅と酸化ガリウムを複合化すると酸化銅(Ⅱ)単独に比べ活性が3倍以上に向上し、一酸化炭素の生成量が大幅に向上することを見出した。
    一方、スズを含む酸化物として酸化スズ(Ⅱ)、酸化スズ(Ⅳ)、水酸化酸化スズを合成し、水溶液中での二酸化炭素還元反応を行ったところ水溶液中にもかかわらず二酸化炭素還元反応の選択率が80%以上となり、特に水酸化酸化スズでは90%を超えた。またいずれの試料も二酸化炭素還元時にそのほとんどが金属スズへと還元された。電気メッキで電析した金属スズ薄膜では、二酸化炭素還元反応の選択率は55%程度であったことから、反応前のスズの状態がその活性、選択性に大きく影響することを明らかにした。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tottori University, 23K23437
  • 結晶性複合酸化物の量子ナノ構造体を基軸とした人工光合成助触媒の創製
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2026
    辻 悦司; 片田 直伸; 菅沼 学史
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 鳥取大学, 22H02169
  • Development and application of highly accessible strong Brønsted acidic solid catalysts
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2026
    片田 直伸; 窪田 好浩; 辻 悦司; 菅沼 学史
    YFI(YNU-5)型ゼオライトについては脱Al後にメチルナフタレン環のメチル化・トランスメチル化挙動を幅広く解析した.嵩高い2-メチルナフタレンのみを原料とする反応では異性化が進行し,触媒劣化が遅く,大細孔からアクセス可能な強ブレンステッド酸点によってトランスメチル化が速やかに進行し,そのような場合には劣化が起きにくいことが実証された.大細孔はあるがその中に強ブレンステッド酸点を持たないMOR(モルデナイト)型ゼオライトでは劣化が速かった.またYFIで小さなメタノールも原料として加えるとメチル化・トランスメチル化の両方が進行したが,両反応とも速やかな速度低下を示し,小さな分子が小細孔に入って副反応を起こし強ブレンステッド酸点を被覆することが示唆され,析出物やミクロ細孔特性の解析から裏付けられた.
    YFIゼオライトのシリカ被覆では,ここまで書いたように触媒劣化が顕著であり,また被覆によって活性の低下が激しいものの,2-メチルナフタレンとメタノールから2,6-および2,7-ジメチルナフタレンのみを選択的に生成することができた.
    シリカ塩基処理MFI(YNU-5)型ゼオライトにおいては塩基処理の程度を増すと,まず①外表面酸点が増加し,つぎに②外表面積が増加し,最後に③Al濃度が増す3段階の変化がそれぞれ起きることがわかった.ポリプロピレン分解活性は②と対応しており,ポリプロピレンがその一端をミクロ細孔に侵入させて反応していることが明らかとなった.既に嵩高い分子形状を持つ溶媒を使うと形状選択的にポリオレフィンだけを分解できることを示しているが,機構が明らかとなった.
    前年までに,開いた空間に突き出た強ブレンステッド酸点のCo種にベンゼンが強く吸着するため,メタンによるベンゼンのメチル化反応が進行することをおおよそ明らかにしていたが,今年度出版した.他に多数の学会・論文発表を行った.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tottori University, 23K21059
  • アクセシビリティーの高い強ブレンステッド酸性固体触媒の開発と応用
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2026
    片田 直伸; 窪田 好浩; 辻 悦司; 菅沼 学史
    未利用資源の有効利用などのため,大細孔強ブレンステッド酸性の触媒が求められる.YFI (YNU-5)型ゼオライトの酸性質をアンモニアIRMS-TPD法および量子化学計算で解析し,強ブレンステッド酸点が狭いisolated 8-ring (以後i8r)に存在することと,広い12-12-8-ring system (以後12rS)側の分子と反応する機構がわかった.
    簡便で大スケールの合成法を確立した.厳しい条件での酸処理により12rS側から脱Alが起き,Si-migrationが促進され,(水)熱安定性が向上し,i8rの強ブレンステッド酸点を残し,強度を保ったままブレンステッド酸点濃度を調節できることがわかった.DTO反応において高度脱Al体(Si/Al = 287)では,反応初期にまずi8r由来酸点がまず失活し,その後は12rSで主に反応が進行することが示唆された.
    脱Al YFIゼオライトは,大細孔強ブレンステッド酸性の触媒が求められるナフタレン・2-メチルナフタレンのメタノールによるメチル化,2-メチルナフタレンの異性化,ポリプロピレンの分解に活性を示し,2-メチルナフタレンの不均化には不活性であった.ピログルタミン酸の水素化に対するRu触媒には大細孔強ブレンステッド酸性の担体が求められ,YFIゼオライトは高活性をもたらした.ナフタレン類のメタノールによるメチル化では劣化が速く,i8rにメタノールだけが入って重合したためと推測される.
    以上,欠点はあるものの,YFIゼオライトが未利用資源の有効利用に資する大細孔強ブレンステッド酸性の触媒・担体として機能することがわかった.
    劣化を抑制するため,i8rを選択的に塞いだのちにH+を復活させることを意図し,Agイオン交換-還元を試みたところ,i8rに選択的にAgが位置する兆候を得た.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 鳥取大学, 21H01717
  • アミノ酸からポリアミド・ポリエステルを製造するための固体触媒システムの開発
    官民による若手研究者発掘支援事業
    Oct. 2022 - Sep. 2023
    NEDO, 北海道大学
  • Physical properties of solid solution oxides with single-nanometer dimensions and using for photocatalytic water splitting under visible light
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    TSUJI Etsushi
    In this study, we developed new synthesis methods of brownmillerite-type or spinel-type solid solution oxides ultrasmall particles with single-nanometer dimensions, which are electrocatalysts for oxygen evolution reaction, using a reverse micelle method or a solvothermal method. Wavenumber of the ultrasmall particles of all solid solution oxides were shorter than those of the bulk ones. The catalytic activity of the solid solution oxides for oxygen evolution reaction were largely improved by decreasing particle size to with single-nanometers, and they acted as cocatalysts of photocatalysts for water splitting using visible light.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Tottori University, 18K05275
  • One-pot conversion of glutamic acid to 2-pyrrolidone over solid catalysts
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    SUGANUMA Satoshi
    Glutamic acid, an abundant nonessential amino acid, was converted into 2-pyrrolidone in the presence of a supported Ru catalyst under a pressurized hydrogen atmosphere. This reaction pathway proceeded through the dehydration of glutamic acid into pyroglutamic acid, subsequent hydrogenation, and the dehydrogenation-decarbonylation of pyroglutaminol into 2-pyrrolidone. In the conversion of pyroglutaminol, Ru/Al2O3 exhibited notably higher activity than supported Pt, Pd, and Rh catalysts. IR analysis revealed that Ru can hydrogenate the formed CO through dehydrogenation-decarbonylation of hydroxymethyl groups in pyroglutaminol and can also easily desorb CH4 from the active sites on Ru. Furthermore, Ru/Al2O3 showed the highest catalytic activity among the tested catalysts in the conversion of pyroglutamic acid. Consequently, the conversion of glutamic acid produced a high yield of 2-pyrrolidone by using the supported Ru catalyst.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, Tottori University, Principal investigator, Competitive research funding, 18K14261
  • Development of dealkylation process for smart conversion of heavy oils
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2021
    KATADA Naonobu
    Alumina-supported silica monolayer catalyst with pore diameter > 6 nm (Si surface density of 8 nm-2) dealkylated to remove all the alkyl chains with >C3 length from approximately 100% of alkyl aromatics with two or more rings in practical vacuum gas oil under the optimized conditions. Liquid phase separation of aromatics and aliphatics was enabled, and parameters in the kinetics of separation, which controlled the performance, were clarified. For partial hydrogenation of naphthalene into tetralin, 100% of naphthalene was converted into tetralin with a 99% selectivity on a dispersed molybdenum oxide monolayer catalyst, derived from phosphomolybdic acid). For the decomposition of tetralin, molybdenum-added * BEA zeolite showed a tetralin conversion of 95% and selectivity into LPG / alkylbenzene of 85%.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Tottori University, Competitive research funding, 16H04568
  • 減圧軽油(VGO)の革新的変換プロセスの開発
    「石油精製高付加価値化等技術開発事業」における革新的石油精製技術のシー ズ発掘
    Apr. 2019 - Mar. 2020
    経済産業省, 石油エネルギー技術センター
  • Creation of solid acid catalyst structure acting upon application of force
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2019
    KATADA Naonobu
    Quantum chemistry calculations show that the compression from both ends of SiOAl gave a high ability to accept negative charge, and the twisting of SiOAl to stretch it weakened the covalent bond of O-cation. The activation enthalpy of the catalytic reaction reflected the difference in heat of ammonia adsorption, and its relationship with the activation entropy revealed how the reaction rate was determined.
    An alumina coating with controlled macropores by anodic oxidation under high voltage and pore widening in an aqueous phosphoric acid solution from an aluminum substrate. From the relationship between the size and depth of the macropores and the dispersion of the zeolite precursor, a structured material in which the MFI zeolite precursor was filled in almost all pores was obtained.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Tottori University, Competitive research funding, 16K14093
  • Research on sustainable sciences based on the use of biomass-dissolving ionic liquids
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2019
    ITOH Toshiyuki
    We have developed ionic liquids that dissolved cellulose or lignin; 1-methyl-1-(2-methoxyethyl)pyrrolidinium([P1ME]) 2,5-diaminohexanoate ([P1ME][Lys]) easily dissolved both lignin and cellulose. On the other hand, 1-methyl-1-(2-methoxyethyl)pyrrolidinium acetate ([P1ME][OAc]) dissolved cellulose selectively. Further, we accomplished strong acid or strong base-catalyst free acylation of cellulose using [P1ME][OAc].It was found that the cellulose solution of [P1ME][OAc] was treated with 2,2,2-trifluoroethyl benzoyl ester at 80°C to afford the corresponding cellulose benzoate with a perfect degree of substitution in excellent yield.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Tottori University, Competitive research funding, 26241030
  • Sustainabele synthesis of useful chemicals from glycerol
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    01 Apr. 2016 - 31 Mar. 2018
    Suganuma Satoshi
    A bifunctional catalyst consisting of small MFI zeolite crystallites covering crystals of W-V binary oxide with hexagonal tungsten bronze structure. One-pass oxidehydration of glycerol into acrylic acid was tested to show the high selectivity of MFI/W-V-O. Glycerol was dehydrated into acrolein by Bronsted acid sites on MFI, and acrolein was oxidized into acrylic acid by redox sites on W-V-O.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Tottori University, Principal investigator, Competitive research funding, 16K18291
  • 減圧軽油(VGO)の多面的高度利用プロセスの開発
    「石油精製高付加価値化等技術開発事業」における革新的石油精製技術のシー ズ発掘
    Apr. 2016
    菅沼学史
    石油エネルギー技術センター, Principal investigator, Competitive research funding
  • One-pot synthesis of acrylic acid from glycerol
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
    29 Aug. 2014 - 31 Mar. 2016
    Suganuma Satoshi
    This study aimed efficient use of glycerol made as a byproduct through the conversion process of biomass resources. Dehydration of glycerol into acrolein was performed using various solid acids, and it revealed the relation between acid properties and the catalytic activity. Moreover, I investigated oxidehydration of glycerol, forming acrylic acid in one-pass process. The catalysts were prepared by loading of Mo-V-O as oxidation active species on ZSM-5, exhibiting high selectivity of acrolein. The investigation of the ratio of SiO2/Al2O3 in ZSM-5 and the loading amount of Mo-V-O found the catalyst forming acrylic acid.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, Tottori University, 26889041
  • グリセロールからアクリル酸のワンポット合成
    研究活動スタート支援
    Oct. 2014 - Mar. 2016
    菅沼学史
    日本学術振興会, Principal investigator, Competitive research funding
  • メソポーラスカーボンを担体にした触媒材料の開発
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    2010 - 2011
    菅沼 学史
    当該年度では柔軟な骨格をもつ高活性なカーボン固体酸の合成と水中で機能するルイス酸触媒の構築に成功した.これまでの知見では,カーボン固体酸の高い触媒活性は高密度のスルホ基と反応基質を取り込んでスルホ基へ効率よくアクセスさせる柔軟なカーボン骨格に由来することを見出した.本研究では,ポリ塩化ビニルを炭化・スルホ化して得られるカーボン固体酸がより柔軟かつスルホ基を高密度に固定したカーボン骨格を有し,セロビオース加水分解反応において既報のカーボン固体酸の約3倍の高い活性を示した.高活性な固体酸創出は,硫酸代替触媒として従来の化学工業プロセスの環境負荷低減に寄与するキーテクノロジーであり,本研究の成果はそれを推進する上で重要な第一歩である.また,カーボン固体酸の活性向上を図る具体的な方法を確立する基礎検討の側面を含んでおり,学術的側面からも重要な知見である.
    分子触媒を固定化したカーボン材料の開発はメソポーラスカーボンに導入したスルホ基を足場とする方法を試みた.当初の研究計画に従いカーボンにルイス酸触媒を固定化し酸化触媒として応用したが,均一系錯体触媒と比較して十分な触媒性能を示さずカーボン骨格が分解する結果となった.そこで,固体表面に存在する欠損サイトをベースに分子触媒と類似の機能を創出させることを検討した.様々な遷移金属酸化物の表面酸性質を検討したところ,V族遷移金属酸化物(Ta_2O_5,Nb_2O_5)が水中でも働く特異的なルイス酸触媒特性を示すことがわかった.本触媒の触媒性能を必須化学品の一つである乳酸の合成反応で評価したところ,従来の錯体触媒を上回る高い活性・選択性を示すことを見出した.系統的な検討までは到達していないが,これまで報告例がない固体の水中機能ルイス酸の触媒特性および発現機構の解明は学術面・工業面でも重要な知見を与えると期待できる.
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 東京工業大学, 10J04153
■ Industrial Property Rights
  • プロリノールの製造方法,複合金属化合物およびその製造方法
    Patent right, 菅沼学史; 加来知奈実; 辻悦司; 片田直伸, 国立大学法人鳥取大学
    特願 JP2020-087788, 20 May 2020
  • MWW型ゼオライト及びその製造方法、並びにクラッキング触媒
    Patent right, 上村佳大; 遠藤明; 山崎康夫; 片田直伸; 菅沼学史; 窪田好浩; 稲垣怜史, 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 三井金属鉱業株式会社, 国立大学法人鳥取大学, 国立大学法人横浜国立大学
    特願JP2019-099458A, 28 Nov. 2017
    24 Jun. 2019
  • 金属置換ベータ型ゼオライト及びその製造方法
    Patent right, 窪田好浩; 稲垣怜史; 片田直伸; 菅沼学史; 山崎康夫; 古川孝裕, ユニゼオ株式会社, 三井金属鉱業株式会社, 国立大学法人鳥取大学, 国立大学法人横浜国立大学
    特願JP2017-206108, 25 Oct. 2017
  • 金属酸化物含有複合体およびその製造方法、ならびにそれを用いた二酸化炭素還元方法
    Patent right, 辻悦司; 藤田悠平; 松本直也; 菅沼学史; 片田直伸
    特願2019-140759
  • 金属含有ゼオライト複合体、およびその触媒、ならびに2-ピロリドンの製造方法
    Patent right, 菅沼学史; 片田直伸; 辻悦司; 大谷明央; 金田玲奈
    特願2020-016783
  • エチル化反応用Pb含有ゼオライト触媒
    Patent right, 片田直伸; 辻悦司; 菅沼学史; 谷崎翔; 中村浩史郎
    特願2019-154783
  • 排気ガス浄化用触媒
    Patent right, 山下嘉典; 菅沼学史; 青野紀彦
    特願2013-181448
  • 芳香族転換用触媒及び芳香族炭化水素の製造方法
    Patent right, 荒木泰博; 中村浩史郞; 奥田章仁; 菅沼学史; 片田直伸
    特願JP2017-6875A
  • アルキル基を有さない多環芳香族とアルカンの製造方法
    Patent right, 松岡卓; 竹田一貴; 川口侑亮; 菅沼学史; 片田直伸
    特願JP2017-43570A
  • アルキル基含有芳香族炭化水素の製造方法及びアルキル化反応用触媒
    Patent right, 奥田章仁; 太田清貴; 菅沼学史; 片田直伸; 荒木泰博
    特願JP2017-141195A