シリカアルミナ系光触媒によるメタン低温カップリング反応

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875152
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 服部 忠 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50023172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 寿雄 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (80273267) ; 薩摩 篤 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (00215758)
• Keywords: メタン / カップリング / エタン / シリカアルミナ光触媒 / ゼオライト / 水素 / シナジー効果 / チタン

Research Abstract

光触媒は光という高いエネルギーを吸収し分子を活性化するため, 通常の触媒になかった新しい化学反応をひきおこす可能性を秘めている。従来, 光触媒として研究されてきたのは酸化チタンをはじめとする半導体光触媒であるが, 我々は半導体ではないシリカアルミナを光触媒として用いて常温で酸化剤を必要としないメタンカップリング反応が進行する事を見いだした。この反応ではエタン・エチレン等のカップリング生成物および水素が高い選択性で生じることもわかった。さらに, チタンを第3元素として添加すると活性が向上することを見いだした。また、結晶性のシリカアルミナであるゼオライトを用いても反応は進行することがわかった。本研究ではこれらの系の、活性サイトの同定・定量, 光励起機構, 反応機構を検討することを目的とした。シリカアルミナの場合、酸素4配位のアルミ種がシリカ中に高分散しているとエタンを選択的にかつ高効率に与えることがわかった。また、チタンを導入した場合に、チタンとアルミ種の相乗的効果が認められると共に新しい光吸収サイトが生成していることを確認した。この時、チタニア種はやはり酸素4配位であることが必要であることが示唆された。ゼオライトにおいては、アルミ種は基本的に酸素4配位であるが、それらが互いに遠くにある場合に活性を示すこと、交換サイトにナトリウムイオンが存在すると反応は進行せずプロトン型のサイトで反応が進行することがわかった。反応はこれらの表面活性サイトが光を吸収し、メタンをラジカル化させて進行することが提案された。

Research Products

• [Publications] Y.Kato, K.Shimizu, N.Matsushita, T.Yoshida, H.Yoshida, A.Satsuma, T.Hattori: "Quantification of Aluminium Coordinations in Alumina and Silica-alumina by Al K-edge XANES"Physical Chemistry and Chemical Physics. 3. 1925-1929 (2001)
• [Publications] Y.Kato, H.Yoshida, T.Hattori: "Photo-induced non-oxidative coupling of methane over H-zeolite around room temperature"Microporous and Mesoporous Materials. 51. 223-231 (2002)
• [Publications] Y.Kato, N.Matsushita, H.Yoshida, T.Hattori: "Highly active silica-alumina-titania catalyst for photoinduced non-oxidative methane coupling"Catalysis Communication. (印刷中). (2002)
• [Publications] H.Yoshida, N.Matsushita, Y.Kato, T.Hattori: "Active sites in sol-gel prepared silica-alumina for photoinduced non-oxidative methane coupling"Physical Chemistry and Chemical Physics. (印刷中). (2002)