2015 Fiscal Year Research-status Report
ベンゼン類の高選択的直接水酸化を実現する新規可視光応答型光触媒系の開発
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26620144
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿部 竜 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60356376)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ベンゼン類の直接水酸化 / 光触媒 / 可視光応答型 / 酸化タングステン / アルコールの部分酸化 / 流通反応系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、難易度の極めて高い化学反応として知られる「ベンゼン環の直接水酸化による高選択的フェノール類の合成」を、新規酸化タングステン系光触媒を用い、酸素と水分子のみを反応剤として可視光照射下で高効率かつ高選択的に進行させることを目的としている・本年度の実績の概要を以下に示す。
（１）酸化タングステン系光触媒において「ベンゼン環への直接水酸化導入」が高選択的に進行する最大の理由が、有機物が含まれる水溶液中においても選択的に水分子を酸化して「水酸化ラジカル」を生じる点にあることが明らかとなった。様々な物性を有する酸化タングステン粒子を用いて、その選択性への影響を検討した結果、酸化タングステン粒子に露出した特異な結晶面が反応選択性に強く影響を与えることが示唆された。そこで独自の水熱合成法によって３種類の結晶面が選択的に露出した酸化タングステン粒子を合成することに初めて成功し、これらが水の酸化に高い選択性を示すことを実証した。
（２）助触媒として酸化パラジウムを担持した酸化タングステン光触媒が、２プロパノールの部分酸化によるアセトン生成に８０％以上の極めて高い選択性を示すことを見出した。一方で、酸化チタン系光触媒や、白金助触媒を担持した酸化タングステン光触媒では、生成したアセトンの過酸化が進行し、低選択率にとどまった。詳細な反応機構検討の結果から、酸化パラジウム助触媒上において酸素分子の２電子還元による過酸化水素生成が進行することが鍵であることが明らかとなった。そこで、この特性を活かした、過酸化水素合成系の検討も開始し、酸素分子から高選択的に過酸化水素を合成できることを見出した。
（３）流通系への展開 バッチ式で進行する過酸化反応を抑制するために流通系への展開を進め、ベンゼンーフェノール系のみならず、アルコールの部分酸化に対しても有効であることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画において掲げていた３つの研究目標のうち、「酸化タングステン系光触媒における選択的ベンゼン直接酸化反応の機構解明」についてはほぼ目的を達成している。「高活性化および選択性の向上指針と実証」については、今年度において特異な結晶面が与える影響が明らかとなり、次年度においてそれを詳細に解明する予定である。そして第３の目的であった「流通系への展開」については、当初予定のベンゼンｰフェノール系のみならず、アルコールの選択酸化にも有効であることを実証しており、予定を前倒しで検討を進めている。以上のことから、本研究計画の現在までの達成度は、おおむね順調に進展している、と結論できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる平成２８年度は、各研究項目の絞り込みも行い、最終目標である「流通系への展開によるフェノール類の選択的向上と連続抽出の実証」を目指して、検討を進めるが、これまでの研究成果を発展させる意味において、アダマンタンへの選択的水酸基導入による高付加価値生成物の合成にも挑戦する。
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| Causes of Carryover |
学生の成果発表にかかわる旅費が当初予定よりも安く済んだため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
学生の成果発表のための旅費などに適切に使用する。
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