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酸素・水素電池反応で活性化した酸素による芳香族炭化水素の部分酸化

研究課題

研究課題/領域番号 04453078
研究種目

一般研究(B)

配分区分補助金
研究分野 工業物理化学・複合材料
研究機関東京工業大学

研究代表者

大塚 潔  東京工業大学, 工学部, 助教授 (60016532)

研究分担者 山中 一郎  東京工業大学, 工学部, 助手 (90240051)
研究期間 (年度) 1992 – 1993
研究課題ステータス 完了 (1993年度)
配分額 *注記
5,000千円 (直接経費: 5,000千円)
1993年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
1992年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
キーワードベンゼン水酸化 / フェノール一段合成 / トルエン部分酸化 / クレゾール / ベンズアルデヒド / 燃料電池 / 炭素電極 / ヒドロキシラジカル / 酸素酸化 / ベンゼル水酸化 / フェノール段合成
研究概要

酸素・水素電池反応を利用し、酸素分子を還元的に活性化して活性酸素を発生させ、ベンゼンを酸化して一段でフェノールに変換することに成功した。本反応システムは、酸素分子を効率よく活性化できるカソードの開発が重要である。フェノール合成に有効な電極の探索を行った結果、熱硝酸で酸化処理を施した各種炭素電極が有効であることを見いだした。反応活性の序列は、カーボンウィスカー≧カーボンブラック>>活性炭>グラファイトであった。この炭素材料に種々の添加物を添加したところ、カーボンウィスカーにパラジウムと酸化鉄を添加した電極、および硫酸銅を添加した電極が高活性であった。特に、後者の電極は0.3Vの電圧を発生させたときにフェノール収量も最大となり、電力/フェノール・コジェネレーションが可能であることが解った。本反応システムをトルエンの部分酸化反応に適用し実施したところ、ベンズアルデヒド、ベンジルアルコール、そして、o,m,p-クレゾールが生成した。生成物の選択性は炭素材料により大きく異なり、カーボンブラックと活性炭はクレゾールの選択性が高く、カーボンウィスカーとグラファイトはベンズアルデヒドの選択性が高かった。隔膜中のリン酸水浴液の濃度を濃くすると、ベンズアルデヒドの選択性が高くなり(95%)、薄くするとクレゾールの選択性が高くなった(90%)。また、カーボンウィスカーと活性炭を物理混合すると、顕著な協奏効果が発現することが解った。両者を1対1で混合すると、反応活性は活性炭単独の場合の6倍、カーボンウィスカー単独の場合の2倍に増加した。これら、ベンゼン、トルエン酸化反応の特異的な反応挙動について検討を行った結果、ヒドロキシラジカルを活性酸素としたフェントン反応類似の機構により反応が進行し、炭素電極表面にある各種官能基の触媒作用により生成物の選択性が決定されることが解った。

報告書

(3件)
  • 1993 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1992 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (33件)

  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Regioselective Oxidation of n-Hexane and Aromatics in the presence of cyclodextrins during H_2-O_2 Fuel Cell Reactions" Electrochimica Acta. 37. 1135-1141 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Synthesis of Cresols by Appling H_2-O_2 Fuel Cell Reaction" Electrochimica Acta. 37. 2549-2552 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Toluene to Benzaldehyde and Benzyl Alcohol by Appling Fuel Cell System" Chemistry Letters. 773-776 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Direct Synthesis of Phenol from Benzene during O_2-H_2 Fuel Cell Reactions" Jounal of Electrochemical Society. 139. 2381-2386 (1992)

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  • [文献書誌] 大塚 潔: "H_2-O_2電池反応を応用した芳香族の水酸化" 化学工学. 56. 834-836 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Benzene over the Carbon Whisker Cathode Added with Iron(III)Oxide and Pd Black during O_2-H_2 Fuel Cell Reactions" 183rd Meeting of The Electrochemical Society. 1754 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Toluene by Reductively Activated Oxygen on the Cathodes of Various Carbon Materials" 183rd Meeting of The Electrochemical Society. 1636 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 大塚 潔: "ケミカルズ/電力コジェネレーション法によるフェノールの一段合成" 触媒. 35. 422-425 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Partial Oxidation of Alkanes and Aromatics with Activated Oxygen over an SmCl_3-Embedded Graphite Cathode" Journal of Alloys and Compounds. 193. 56-58 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Partial oxidation of Cyclohexane with Reductively Activated Dioxygen on SmCl_3 supported on Graphite during H_2-O_2 Fuel Cell Reactions" Journal of Chemical Society,Faraday Transactions. 89. 1791-1797 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Investigation of the Nature of the Active Oxygen Intermediate at Graphite-supported SmCl_3 and FeCl_3 working as a Cathode for the Partial oxidation of Alkanes and Aromatics" Journal of Chemical Society,Faraday Transactions. (in press). (1994)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka and Kenji Furuya: ""Regioselective Oxidation of n-Hexane and Aromatics in the presence of cyclodextrins during H2-O2 Fuel Cell Reactions"" Electrochimica Acta. 37, [6]. 1135-1141 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka, and Kiyotaka Ishizuka, and Ichiro Yamanaka: ""Synthesis of Cresols by Appling H2-O2 Fuel Cell Reaction"" Electrochimica Acta. 37, [13]. 2549-2552 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka, and Kiyotaka Ishizuka, and Ichiro Yamanaka: ""Partial Oxidation of Toluene to Benzaldehyde and Benzyl Alchol by Appling Fuel Cell SyStem"" Chemistry Letters.773-776 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka, Mitsuhiro KUnieda, and Hideaki Yamagata: ""Direct Synthesis of Phenol from Benzene During O2-H2 Fuel Cell Reactions"" Jounal of Electro ch emical. 139, [9]. 2381-2386 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: ""The Hydoroxylation of Aromatics Appling H2-O2 Fuel Cell Reactions"" Kagakukougaku. 56. 834-536 (1992)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka and Kiyoshi Otsuka: ""Partial Oxidation of Alkanes and Aromatics with Activated Oxygen over an SmCl3 Embedded Graphite Cathode"" Journal of Alloys and Compounds. 193. 56-58 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka, Mithhiro Kunieda, and Ichiro Yamanaka: ""Partial Oxidation of Benzene over the Carbon Whisker Cathode Added with Iron (III) Oxide and Pd Black during O2-H2 Fuel Cell Reactions"" 183rd Meeting of The Electrochemical Society, 1754. (1993)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka, Ichiro Yamanaka, and Kiyotaka Ishizuka: ""Partial Oxidation of Toluene by Reductively Activated Oxugen on the Cathodes of Various Carbon Materials"" 183rd Meeting of The Electrochemical Society, 1636. (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka, Ichiro Yamanaka, and Mitsuhiro Kunieda: ""One-step Synthesis of Phenol from benzene by using a Cegeneration System for Chemicals and Electricity"" Shokudai. 35, [6]. 422-425 (1993)

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    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka and Kiyoshi Otsuka: ""Partial oxidation of Cyclohexane with Reductively Activated Dioxygen on SmCl3 supported on Graphite during H2-O2 Fuel Cell Reactions"" Journal of Chemical Society, Faraday Transactions. 89[11]. 1790-1797 (1993)

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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka and Kiyoshi Otsuka: ""Investigation of the Nature of the Active Oxygen Intermediate at Graphite-supported SmCl3 and FeCl3 working as a Cathode for the Partial oxidation of Alkanes and Aromatics"" Journal of Chemical Society, Faraday Transactions. (in press). (1994)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Benzene over the Carbon Whisker Cathode Added with Iron(III)Oxide and Pd Black during O_2-H_2 Fuel Cell Reactions" 183rd Meeting of The Electrochemical Society. 1754 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Toluene by Reductively Activated Oxygen on the Cathodes of Various Carbon Materials" 183rd Meeting of The Electrochemical Society. 1636 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] 大塚 潔: "ケミカルズ/電力コジェネレーション法によるフェノールの一段合成" 触媒. 35. 422-425 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Partial Oxidation of Alkanes and Aromatics with Activated Oxygen over an SmCl_3-Embedded Graphite Cathode" Journal of Alloys and Compounds. 193. 56-58 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Partial oxidation of Cyclohexane with Reductively Activated Dioxygen on SmCl_3 supported on Graphite during H_2-O_2 Fuel Cell Reactions" Journal of Chemical Society,Faraday Transactions. 89. 1791-1797 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Investigation of the Nature of the Active Oxygen Intermediate at Graphite-supported SmCl_3 and FeCl_3 working as a Cathode for the Partial oxidation of Alkanes and Aromatics" Journal of Chemical Society,Faraday Transactions. (in press). (1994)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Regioselective Oxidation of n-Hexane and Aromatics in the Presence of Cyclodextrins during H2-02 Fuel Cell Reactions" Electrochimica Acta. 37. 1135-1141 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Ostuka: "Synthesis of Cresols by Appling H2-02 Fuel Cell Reaction" Electrochimica Acta. 37. 2549-2552 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Toluene to Benzaldehyde and Benzy Alcohol by applying Fuel Cell System" Chemistry Letter. 773-776 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Direct Synthesis of Phenol from Benzene during 02-H2 Fuel Cell Reactions" Journal of Electrochemical Society. 139. 2381-2386 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] 大塚 潔: "H2-02電池反応を応用した芳香族の水酸化" 化学工学. 56. 834-836 (1992)

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      1992 実績報告書

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公開日: 1992-04-01   更新日: 2016-04-21  

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