2018 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of nano-sized titanates using active amorphous TiO2
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16K14458
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
西山 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10283730)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 酸化チタン（TiO2） / チタン酸（H2Ti3O7） / チタン酸化合物 / ナノ粒子 / アモルファス / バイオマス変換反応 / ヒドロキシメチルフルフラール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チタン酸化合物は，特異な性質と安定性から，光触媒や電極材料，吸着剤など，様々な分野への応用が期待されている材料であり，これらの機能向上のためには，粒子をナノサイズ化させ，高表面積・高活性化させることが重要である．チタン酸化合物の合成法として，水熱合成法や固相反応法などが挙げられるが，いずれも長時間・高温条件下で行われるため，大量合成には不向きである．さらに，長時間・高温条件下での合成は焼結による粒子の成長を促進するため，ナノサイズ化にも適さない．以上の点から，ナノサイズのチタン酸化合物をより温和な条件下で合成する手法が求められている．
本研究では，まず，高表面積・高活性なアモルファス酸化チタンナノ粒子の合成法を見出した．そして，これを出発物質として用いることにより，これまで高温高圧条件下でしか合成できなかったチタン酸（H2Ti3O7）ナノチューブを常温常圧下で合成する手法を確立した．一般に従来の合成法では比表面積400 m2/g（内径3.0 nm）程度のチタン酸ナノチューブしか得られないとされているが，本研究で合成したチタン酸ナノチューブの比表面積は735 m2/g（内径0.7 nm）と高く，ナノサイズ化に成功したといえる．
チタン酸ナノチューブは表面がプロトンで覆われているため，固体酸触媒として機能すると考えられるが，これまでチタン酸ナノチューブを固体酸触媒として用いた報告例は少ない．そこで，本研究では，グルコースからフルクトースを経てヒドロキシメチルフルフラールを得るバイオマス変換反応に着目し，合成したチタン酸ナノチューブの固体酸触媒能を評価した．その結果，チタン酸ナノチューブはブレンステッド酸点とルイス酸点の両方を有しており，さらに，新規法で合成したチタン酸ナノチューブは高い比表面積により酸量も多く，この反応系に対し高い触媒活性を示すことがわかった．
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