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芳香族有機塩素化物の一種であるダイオキシンやPCBを無害化するには脱塩素化する必要がある。常温・常圧の穏和な条件で脱塩素化を行うには電解還元が有力である。電解還元の速度や反応選択性には、電極金属の種類のみならず電極表面の構造も大きな影響を及ぼす。高反応速度・低消費エネルギーで脱塩素化を行い得る電極触媒開発の基礎として、表面原子配列が規制された単結晶電極を用いて、芳香族有機塩素化物の脱塩素化反応を活性化する表面構造を原子レベルで検討した。
これまでの研究で、白金、銀、亜鉛にクロロベンゼン脱塩素化活性があることが分かっている。今年度は単結晶作成が容易な白金の基本指数面(Pt(111)、Pt(100)、Pt(110))の単結晶電極を作成した。芳香族有機塩素化物としては、最も単純な構造のクロロベンゼンを採用し、溶解度が高いアセトニトリル中でナフタレンをメディエータとしてクロロベンゼンをマクロ電解した。電解生成物の分析には、ガスクロマトグラフ-質量分析複合装置(GC-MS)を用いた。
クロロベンゼンの電解還元した結果、いずれの面でもベンゼンが主生成物として得られ、クロロベンゼンの脱塩素化がどの面でも進行していることが分かった。ベンゼンの生成速度は、Pt(111)<Pt(100)<Pt(110)の順序となり、Pt(110)面の反応速度はPt(111)面の2倍以上であった。平坦なテラスのみからなる、Pt(111)とPt(100)電極はクロロベンゼンの脱塩素化活性が低く、ステップを持つPt(110)の活性が高い。このことは、クロロベンゼンの脱塩素化に対して有利な反応場はステップであることを示唆する。
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