2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of dual-functional catalysis with an organo-photocatalyst that induces the same redox reaction even in the dark
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18K05287
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
阿部 敏之 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (20312481)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / p-n接合体 / デュアルキャタリシス / フタロシアニン / ペリレン誘導体 / ダウンヒル反応 / 酸化触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
デュアルキャタリシスとは、光照射下だけでなく、暗所下でも同一の酸化反応を誘起する新しい触媒作用である。最終年度も有機p-n接合体によるデュアルキャタリシスが発現する反応系の開拓を進め、以下の事例を見いだすに至った。
ペリレン誘導体(PTCBI)と鉄フタロシアニン(FePc)からなる有機p-n接合体が過酸化水素酸化に対してデュアルキャタリシスを示すことがわかった。本系の反応メカニズムを考察する過程で活性種解析を行ったところ、FePcと過酸化水素の間でフェントン反応が起こり、FePcの開環酸化に起因して酸化鉄(Fe2O3)の生成が認められた。本系は、Fe2O3が助触媒として作用することにより、n型PTCBI上でデュアルキャタリシスを発現する特異な例となった。
また、PTCBIとコバルトフタロシアニン(CoPc)からなる有機p-n接合体に濃縮剤としてナフィオン膜(Nf)を担持した系(PTCBI/CoPc/Nf)では、光照射下でのみヒドラジン(N2H4)酸化に対して活性であることがこれまでに本研究代表者により明らかにされていた。今回、PTCBI/CoPc/Nfに、さらに、亜酸化銀(Ag2O)を担持することでN2H4の4電子酸化に対してデュアルキャタリシスを発現することがわかった。この系はN2H4存在下でAg2Oが還元され、その場で生じたAgが助触媒として作用することによってデュアルキャタリシスを発現することが構造解析の結果からも支持された。
多電子過程のような難易度の高いダウンヒル型反応に対して、助触媒の選定、そして、その担持法を工夫することにより、デュアルキャタリシスの発現対象を拡大可能であることが本研究を通して理解された。
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