2020 Fiscal Year Annual Research Report
半導体光触媒と金属ナノ粒子触媒の協奏的な触媒作用を利用した有機変換反応の開発
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19K15359
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山本 旭 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (30769443)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 酸化チタン / 有機化合物変換 / 金属ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体酸化物光触媒に対して金属ナノ粒子などの助触媒と担持することにより，その触媒性能が大幅に向上することが知られている．触媒性能が向上するメカニズムとして，固体光触媒の光励起によって生成した電子や正孔が助触媒上で速やかに酸化還元反応に利用されることが挙げられる．一方で，我々は，酸化チタン光触媒に対して，酸化アルミニウム（アルミナ）担体に金属ナノ粒子助触媒を担持した触媒材料を混合することにより触媒活性が向上することを見出してきた．本系では，アルミナは光励起されないため，酸化チタンの光励起で生成した電子と正孔により反応が進行していると考えられるが，アルミナ上に担持された金属ナノ粒子が反応活性を向上させる機構については不明である．そこで本研究では，幾つかの光触媒反応を選択し，担持型の金属ナノ粒子触媒の添加効果の検討を行った．
初年度にあたる2019年度では，紫外光照射下でのベンゼンとアセトニトリルからのシアノメチルベンゼンの合成反応に対して，酸化チタンにパラジウム担持アルミナ触媒を添加することで従来の酸化チタンにパラジウムを直接担持した触媒よりも高い触媒性能を示すことを見出した．その検討結果を踏まえ，2020年度では，メタノールからの水素生成反応および酢酸を用いたベンゼンのメチル化反応において担持型の金属ナノ粒子触媒の添加効果を検討し，添加により触媒活性が向上することを見出した．さらに，X線吸収分光測定により，酸化チタンの光励起がアルミナ上の金属種の還元を誘起することがわかった．さらに，上記手法が他にも光触媒反応に有効であることを見出した．本研究成果の一部に関しては論文および学会にて発表を行った．
得られた成果は，光触媒反応の反応速度や選択性を向上させるための１つの選択肢となるものであり，上記検討により様々な反応系への適用可能性を示すことができたと考えられる．
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