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OTOMO Ryoichi

Faculty of Environmental Earth Science　Materials Science　Functional Materials ChemistryAssociate Professor

Researcher basic information

■ Degree
  • 博士(工学), 東京工業大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 10776462
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • Biomass
  • Zeolite
  • Catalyst
Research Field
  • Nanotechnology/Materials, Inorganic compounds and inorganic materials chemistry
■ Educational Organization

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • ナノ環境材料化学特論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 化学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 自然科学実験, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ Research Themes
  • 下水からのアンモニア製造を実現する水中硝酸イオン還元触媒の開発
    科学研究費助成事業
    27 Jun. 2025 - 31 Mar. 2027
    神谷 裕一; 大友 亮一
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 25K22176
  • 低原子価チタン酸化物を活用した高性能担持触媒の開発と作用機構の解明
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2023 - 31 Mar. 2026
    大友 亮一
    始めに，低原子価チタン酸化物にPtを担持する方法を検討した．塩化白金酸水溶液を原料として用いて，蒸発乾固による含浸法，析出沈殿法，析出還元法によるTi2O3担体へのPtの担持を行った．調製した触媒を用いてシンナムアルデヒドの水素化を行い，触媒性能を評価した．析出沈殿法，析出還元法ではPtの担持量が少なかったため，高活性な触媒を得ることはできなかった．上記三種類の方法では含浸法が良い担持方法であった．さらに，酸化白金を原料に用いた混練法による担持も検討したが，含浸法で調製した触媒の活性には及ばなかった．これらの検討から，含浸法が最適な担持方法であると判断した．
    次に，含浸法によってPt担持量を0.5-5 wt%と変化させてPt/Ti2O3を調製し，担持量が触媒性能に及ぼす影響を検討した．標準反応条件において，3%以下の担持量では生成物収率が10%以下と低かったが，担持量を5%に増加させると収率は50%以上に大きく上昇し，高活性な触媒が得られた．
    Ti2O3を担体として高活性な担持コバルト触媒を開発することにも取り組んだ．析出沈殿法によってTi2O3に水酸化コバルトを担持し，これをHe気流中，250 °Cで加熱するとCoO/ Ti2O3が得られ，さらに水素還元するとCo/ Ti2O3が得られた．TiO2など他の担体でも同様の手順で調製した触媒ではコバルトはほとんど還元されずCo3O4として担持された．Ti2O3に担持されたコバルト触媒は，他の担体を用いたコバルト触媒と比較してアニソールの水素化脱酸素反応に対して高い活性を示すことを見出した．
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 23K04493
  • 硝酸イオン汚染地下水の高速浄化を可能にする金微粒子を内包したアニオン交換体の開発
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
    神谷 裕一; 大友 亮一
    アニオン交換体に市販の弱塩基性イオン交換樹脂（AER）を用い、AuCl4-水溶液にAERを加え38℃で8時間、撹拌することで、AERのアニオン交換サイトにAuCl4-を導入した。その後、水素気流下、80℃でAuCl4-を還元してAER内にAuナノ粒子を発生させた。AuCl4-水溶液の濃度が高くなるに従ってAERに導入されるAu量が上昇した。Au導入量の多いAu-AERでは、Au未導入のAERとほぼ同等のイオン交換特性を示したことから、AuCl4-はAu0へと還元され、このとき生じたCl-がAERのイオン交換サイトを再生したと考えた。
    NO3-水溶液にAu-AERを加え38℃で撹拌して、Au-AERにNO3-を取り込んだ。このAu-AERを水素気流下で80℃に加熱すると、Au-AERに取り込まれたNO3-の一部（最大35%程度）が還元分解された。Au未導入のAERでは全くNO3-が分解されなかったことから、Auナノ粒子がNO3-還元分解の活性サイトを形成していることが確かめられた。このAu-AERは繰り返し使用でき、少なくとも3回の再使用において顕著な性能低下は見られなかった。
    AERに導入したAu量が多いほど還元分解されたNO3-量は多くなったが、Au導入量 0.037 mmol/g以上では活性向上の程度が大幅に鈍化した。この導入量以上では、Au粒子の凝集が見られたことから、粗大なAu粒子がこの原因であると推測した。
    Au粒子が凝集することなく、より多量のAuをAERに導入するために、複数回に分けてAuCl4-を導入することを試みたが、NO3-分解活性は向上しなかった。またAER粒子内部までAuCl4-を十分に拡散させることを意図して十分に粉砕したAER粉を用いてみたが、これも十分な効果は得られなかった。さらなる検討が必要である。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21H01709
  • 低原子価チタン酸化物を活用した高機能触媒の開発と学理の構築
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2023
    大友 亮一
    低原子価チタン酸化物の酸性質を定量的に分析する方法として指示薬を用いた酸塩基滴定法を検討した．低原子価チタン酸化物は黒色であるため，これに吸着した指示薬の呈色を判断できない．そこで，標準試料として白色の酸化ニオブを用い，酸化ニオブに吸着した塩基性指示薬の呈色から中和点を判断することとした．酸化ニオブ単独で測定した場合と，低原子価チタン酸化物と共存させて測定した場合の滴定値の差を低原子価チタン酸化物の酸量として求めることができた．例えば，アセタール化反応に対して高活性を示したTi2O3の酸量は約10 μmol/gであった．この結果から，Ti2O3上のアセタール化を促進する活性点の量はわずかであり，活性点あたりの触媒活性（活性点の質）が非常に高いことが示された．
    低原子価チタン酸化物の結晶形態を制御する方法についても検討した．すでに開発した低原子価チタン酸化物の合成法では，原料TiO2の結晶形態が維持されたTi2O3が生成する．この特徴を活用し，様々な形状・大きさのTiO2原料を用いることによって，Ti2O3の結晶形態を制御することを検討した．1種類のロッド状TiO2，および4種類の大きさの異なる球状TiO2を原料に用いた．各TiO2とTiH2を所定のモル比で摩砕混合して得た前駆体を真空排気しながら加熱することでTi2O3を合成した．各原料TiO2に対して，最適なTiO2/TiH2モル比を検討し，いずれのTiO2からもTi2O3を得ることに成功した．原料TiO2と合成したTi2O3の粒子形態をSEMによって観察したところ，ロッド状TiO2および粒子径の大きな球状TiO2を用いた場合には原料TiO2の大きさ・形状を保持したTi2O3が生成した．他の球状の原料TiO2では，粒子がやや大きくなっていたが，球状を保っていた．
    日本学術振興会, 若手研究, 北海道大学, 21K14457
  • Construction of active sites composed of multi-functional groups with precisely controlled distance by use of decomposition reaction
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    28 Jun. 2019 - 31 Mar. 2021
    Kamiya Yuichi
    Adjacent acid-base pair sites, which were consisted of carboxyl and amine groups, were constructed on silica surface by hydrolysis of an amide compound, which were anchored on the silica in advance. It was found that this catalyst showed extremely high catalytic activity for cross-aldol condensation of 4-nitrobenzaldehyde with acetone. The acid-base pair sites that were three methylene groups away from each other, which were constructed using an diamide compound that contains three methylene groups in the structure, showed less activity for the reaction that the catalyst with adjacent acid-base pair sites, demonstrating that the distance between acid and base functional groups was important factor for the reaction.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Hokkaido University, 19K22074
  • Research network among materials science and theoretical chemistry for the development of novel heterogeneous catalysts for biomass valorization
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    09 Oct. 2018 - 31 Mar. 2021
    Nakajima Kiyotaka
    We have developed a new reaction system for the production of furan dicarboxylic acid and its alkyl esters from glucose using heterogeneous catalysts. The combination of materials science and catalytic chemistry will enable the design of new catalytic materials and catalytic reactions, while theoretical calculations for clarifying reaction dynamics with catalytic active site and substrate/intermediates will support experimental results to be well-understood at the molecular level. Acetal protection strategy will control side reactions and contribute predominantly to the selective production of target furan compounds in concentrated solutions. The technologies developed in this research can be beneficial for the industrial implementation of the furan compounds in the production of biobased polymers.
    Japan Society for the Promotion of Science, Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B)), Hokkaido University, 18KK0135
  • Synthesis of Zeolite Catalysts with Highly Active Isolated Heteroatoms through Co-precipitation of Metal Precursors with Anions
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    Otomo Ryoichi
    In this study, a novel method for post-synthesis of Hf-Beta was developed. Dealuminated zeolite Beta was impregnated with hafnium chloride with ammonium fluoride together, and then calcined at a high temperature to produce zeolite Hf-Beta. The resulting materials showed extremely high activity for the transfer hydrogenation reaction of ketones. Making use of various characterization techniques as well as quantum chemical calculation, the mechanism for the formation of highly active Hf sites was estimated. It was presumed that during impregnation or calcination at low temperature, Hf-F complex species were generated and decomposed by high temperature calcination to form highly active Hf sites in the zeolite framework.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, Hokkaido University, 18K14052
  • Development of a nickel catalyst added with zinc contributing to purification of groundwater polluted with nitrate
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    Kamiya Yuichi
    Expose of supported nickel catalysts to air made their catalytic activity lost in reduction of nitrate with hydrogen in water. Thus, to bring out their inherent catalytic performances, it was necessary to remove air from the reaction systems as much as possible. The catalytic performances of supported nickel catalysts for reduction of nitrate with hydrogen in water were significantly changed depending on support for nickel and co-catalyst added to nickel. It was found that a supported nickel catalyst with alumina support and zinc as a co-catalyst with 0.04 of atomic ratio of zinc to nickel showed high catalytic activity and suppressed undesirable ammonia formation.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 18H01780
  • An efficient synthesis of novel bio-based carbon-chain structures utilizing a multi-functional zeolite having acid and base sites.
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    26 Aug. 2016 - 31 Mar. 2018
    OTOMO Ryoichi
    This study aims at the development of a facile method for preparation of metallosilicate zeolites and their application to development of the novel synthetic pathway from bio-based hexoses into tetroses. A Hf-containing Beta zeolite that were prepared by a developed post-synthesis method with the addition of fluorine showed much higher catalytic activity than that prepared by without fluorine. The developed Hf-containing Beta zeolite successfully converted fructose into erythrose.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, Hokkaido University, 16H06596
■ Industrial Property Rights