研究課題
Au|YSZ|Ag系の格子酸素ポンプ上にMoO_3およびV_2O_5触媒膜を積層させた反応器を用いて、アルケンおよびアルカンの酸化反応を行い、それらの触媒特性を明らかにすることを試みた。基本的なセル構造であるAu|YSZ|Ag系での炭化水素酸化反応を検討したところアルカンはいずれも酸化されず、アルケンのみが酸化された。透過酸素のみによる酸化反応ではイソブテンからはメタクロレイン、プロピレンからはアクロレイン、エチレンからはアセトアルデヒドと対応するアルデヒドがそれぞれ生成した。透過酸素と同時に陽極室に酸素を共存させると、気相でのラジカル酸化反応によると考えられるCO_2ならびにCOの生成が顕著となり部分酸化選択率は低下した。MoO_3/Au|YSZ|Ag系ではアルカンの酸化は、ほとんど進行しなかった。アルケンの反応では、対応するアルデヒドが高い選択性が得られ、格子酸素利用型反応器による酸化反応の有利さを強く支持する結果が得られた。また、このときアルデヒドは、Au|YSZ|Ag系の場合よりも高い選択性で得られた。この反応系に陽極室に酸素ガスを共存させると、アルデヒドの選択率は大きく低下し、透過酸素のみによる反応が高い選択性を与えることが分かった。V_2O_5/AU|YSZ|Ag系ではアルカンの酸化が認められ、ラジカル型の活性種が生成してアルカンの最も弱いC-H結合がホモリティックに切れて反応が開始されることが分かった。但し、このラジカル型活性種はアルケンの酸化に対してはC-H結合の切断を含む副反応が進行して部分酸化生成物の選択性を低下させた。
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