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電池法による高難度酸化反応の攻略

研究課題

研究課題/領域番号 09555246
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 触媒・化学プロセス
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, 教授 (60016532)

研究分担者 志賀 昭信  住友化学工業(株), 筑波研究所, 研究理事
山中 一郎  東京工業大学, 工学部, 助教授 (90240051)
研究期間 (年度) 1997 – 1999
研究課題ステータス 完了 (1999年度)
配分額 *注記
12,600千円 (直接経費: 12,600千円)
1999年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
1998年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
1997年度: 9,700千円 (直接経費: 9,700千円)
キーワードプロパン / アセトン / 活性酸素 / バナジウム / パラジウム / 燃料電池 / 酸化 / フェノール / 水素酸素電池 / 部分酸化 / ベンゼン / 酸素酸化
研究概要

省資源・省エネルギーの立場から、これまであまり化学工業の原料として利用されていなかったベンゼンやプロパンなどの単純炭化水素の利用が注目されている。単純炭化水素は化学的に安定で、これを温和な条件で対応するアルコールやケトンなどに選択的に酸化する事は学術的にも大変興味ある事である。我々の研究グループは、ベンゼンやプロパンを直接部分酸化可能な新規酸化反応システムとして、水素・酸素電池反応を利用して陰極上で酸素を還元的に活性化し、炭化水素を部分酸化する方法を考察した。平成9、10年度には、常温常圧の極めて温和な条件下フェノールが選択的に生成すること見出し、また、ベンゼンよりも反応性に乏しい低級アルカンのプロパンの部分酸化を目標にカソードおよび反応システムの構築を試み、気相成長カーボンファイバー(VGCF)にパラジウム黒とバナジウムオキシ・アセチルアセトナート錯体(VO(acac)2)を添加するとプロパン部分酸化活性が発現することを見出した。
平成11年度は上記した[Pd-black+VO(acac)2]/VGCFカソードの最適な調製条件を検討した。その結果、VGCFにPd-black0.5mol%,VO(acac)21.0mol%添加したカソードが最もプロパン部分酸化活性が高く、酸化効率10%でアセントおよび酢酸が生成することが明らかとなった。さらにこのカソードを用いて、プロパン圧、酸素圧依存症などの速度論的検討を行い、最適反応条件を明らかにした。速度論的結果の中で、アセトン生成速度がプロパン圧に2次に依存したことは特に注目すべき結果である。
このカソード触媒の作用機構について検討を行った結果、a)VGCFは電子伝導体として機能し、b)パラジウム黒は酸素を2電子還元し過酸化水素種を生成すると同時にバナジウムを3価に還元する還元反応中心として機能し、c)バナジウムは3価に還元され、過酸化水素種(b)を活性化して活性酸素種を発生させてプロパンを部分酸化する、酸化反応中心として機能していることが解った。

報告書

(4件)
  • 1999 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1998 実績報告書
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (30件)

  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Oxygenation of alkanes and Aromatics by Reductively Activated Oxygen during H2-O2 Cell Reaction"Catal. Today. (in press). (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Electrolytic Synthesis of Propene Oxide from Propene and Water in the Gas Phase"Electrochem. & Sol. St. Lett.. 2. 131-132 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Selective Synthesis of MeCHO by C2H4-(O2+NO) Cell System"Chem. Commun.. 2105-2106 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Oxidation of Benzene to Benzoquinone during Electrolysis of Water over the Carbon Fiber-Anode"Chem. Lett.. 1059-1060 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Reductive Activation of Oxygen for Partial Oxidation of Light alkanes"Studies Surf. Sci. & Catal.. 117. 15-24 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Electrochemical Cells as Reactors for Selective Oxygenation of Hydrocarbons at Low Temperature"Catal. Today. 41. 311-325 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Oxygenation of Alkanes and Aromatics by Reductively Activated Oxygen during H2-O2 Cell Reaction"Catal. Today. (in press). (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Electrolytic Synthesis of Propene Oxide from Propene and Water in the Gas Phase"Electrochem. & Sol. St. Lett.. 2. 131 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Selective Synthesis of MeCHO by C2H4-(O2+NO) Cell System"Chem. Commun.. 2105 (199)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Oxidation of Benzene to Benzoquinone during Electrolysis of Water over the Carbon Fiber-Anode"Chem. Lett.. 1059 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Reductive Activation of Oxygen for Partial Oxidation of Light alkanes"Studies Surf. Sci. & Catal.. 117. 15 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Electrochemical Cell as Reactors for Selective Oxygenation of Hydrocarbons at Low Temperature"Catal. Today. 41. 311 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Oxygenation of Alkanes and Aromatics by Reductively Activated Oxygen during H2-O2 Cell Reaction"Catal.Today. (in press). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Light Alkanes by Reductively Activated Oxygen in Eu-Catalytic System at 40 ℃"Res. Chem. Intermed.. 26. 129-135 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Oxidation of Methane to Methanol with O2 Catalyzed by the Europium System under Mild Conditions"Kinet. & Catal.. 40. 414-417 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Oxygenates from Light Alkanes Catalyzed by Nox in the Gas Phase"J. Catal.. 185. 182-191 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Ichiro Yamanaka: "Electrolytic Synthesis of Propene Oxide from Propene and Water in the Gas Phase"Electrochem. & Sol. St. Lett.. 2. 131-132 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi OTSUKA: "Reductive Activation of Oxygen for Partial Oxidation of Light alkanes" Studies Surf.Sci. & Catal.117. 15-24 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi OTSUKA: "Electrochemical Cells as Reactors for Selective Oxygenation of Hydrocarbons at Low Temperature" Catal.Today. 41. 311-325 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi OTSUKA: "Oxidation of Methane and Benzene with Oxygen Catalysed by Reduced Vanadium Species at 40°C" J.Mol.Catal.A. 133. 251-254 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi OTSUKA: "Oxidation of Benzene to Benzoquinone during Electrolysis of Water over the Carbon Fiber-Anode" Chem.Lett..1059-1060 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi OTSUKA: "Selective Synthesis of MeCHO by C2H4-(O2+NO)Cell System" Chem.Commun.2105-2106 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] "Partial Oxidation of Light Alkanes by NOx in the Gas Phase" Catal.Today. 45. 23-28 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 大塚 潔: "ケミカルコジェネレーションプロセスへの期待" 触媒. 40. 26-27 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Reductive and Oxidative Activation of Oxygen for Selective Oxygenation of Hydrocarbons" Stud.Surf.Sci.& Catal.110. 93-102 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Hydroformylation of Ethylene via Spontaneous Cell Reactions in the Gas Phase" Journal of Catalysis. 165. 221-230 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Design of Catalysts Based on Electrochemical Microcell Models" Catal.Surveys Japan. 1. 195-203 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] Kiyoshi Otsuka: "Partial Oxidation of Light Alkanes during O_2-H_2 Cell Reaction at Room Temperature" Chemistry Letters. 363-364 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 大塚 潔: "エレクトロキャタリシスによる炭化水素の高難度選択酸化反応" 触媒. 39. 360-366 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 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型燃料電池" 化学と工業. 50. 1327-1329 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2016-04-21  

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