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2013 年度 実績報告書

構造規制されたカーボンナイトライドを用いた光機能性材料の創出

研究課題

研究課題/領域番号 24760553
研究機関大阪工業大学

研究代表者

東本 慎也  大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70368140)

キーワード光触媒 / カーボンナイトライド / グリセリン / 可視光応答型光触媒 / 水素製造 / 光有機合成
研究概要

パイロリシス法によって,ミクロ細孔またはメソ細孔を有し,高表面積のカーボンナイトライド(C3N4)を合成し,その上での可視光照射による,揮発性有害物質(VOC)の分解除去,バイオマスからの水素製造および選択的な化合物合成指向の研究計画のもとに光触媒反応系を探索することを目的とした.我々は、Y型ゼオライトを鋳型としてC3N4の合成を試みたが、合成段階で構造の破壊が生じ、現状ではマイクロ孔を有するC3N4は得られていない。そこで、我々は、方針を転換し、CNとTiO2とをハイブリッド化したCN/TiO2光触媒を構築し、これらがVOCの分解除去、バイオマスからの水素製造およびニトロベンゼンからアミノベンゼンへの還元反応に高い、可視光活性を示すことを見出し、以下に示す内容を明らかにした。
(1) 異なる仕込み量のシアヌル酸とTiO2との熱縮合反応によって,CN/TiO2光触媒を合成した.CN/TiO2光触媒は,CN単体に比べ高表面積を有し,TiO2の表面上に窒素種として,カルボジイミド(-N=C=N-),ニトリル(-C≡N)構造,およびtri-s-triazine環が連結したmelem/melon構造が形成されることを明らかにした.また,担持量が少ない場合は,-N=C=N-や-C≡N構造が,主にTiO2表面上に形成され,さらに担持量が多くなると,melem/melon構造の濃度が増加することが示唆された.
(2) CN/TiO2光触媒を用いて,可視光の照射下,グリセリン水溶液からの水素製造について検討を行った.その結果,CN/TiO2光触媒は水素製造において,CN単体光触媒に比べ100倍以上の高い活性を示すことを見出し,CN/TiO2光触媒上に担持されたCNが水素生成反応の光活性種として働くことが明らかとなった.さらに,量子化学計算と光電気化学測定を駆使することで,光活性種の電子状態やエネルギーバンド構造に関する知見を得ることができ,これらを利用して,光触媒上での可視光照射によるグリセリン水溶液からの水素生成反応のメカニズムを明らかにした.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Influence of metal ions on the photocatalytic activity: Selective oxidation of benzyl alcohol on iron (III) ion-modified TiO2 using visible light2014

    • 著者名/発表者名
      Shinya Higashimoto, Ryo Shirai, Yuta Osano, Masashi Azuma, Hiroyoshi Ohue, Yoshihisa Sakata, Hisayoshi Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of Catalysis

      巻: 311 ページ: 137-143

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2013.11.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A CO2 sensor using a quartz crystal microbalance coated with a sensitive membrane2014

    • 著者名/発表者名
      Shigeki Muraoka, Yuya Kiyohara, Hiroyoshi Ohue, Shinya Higashimoto
    • 雑誌名

      Electronics and Communications in Japan

      巻: 97 (2) ページ: 20-23

    • DOI

      10.1002/ecj.11601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Photocatalytic Oxidation Of Benzyl Amine By O2 Into N-Benzylidenebenzylamine on TiO2 Using Visible Light.2013

    • 著者名/発表者名
      Shinya Higashimoto, Yoshiaki Hatada, Ryo Ishikawa, Masashi Azuma, Yoshihisa Sakata and Hisayoshi Kobayashi
    • 雑誌名

      Current Organic Chemistry

      巻: 17 ページ: 2374-2381

    • DOI

      10.2174/13852728113179990052

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective dehydrogenation of aromatic alcohols photocatalyzed by Pd-deposited CdS-TiO2 in aqueous solution using visible light2013

    • 著者名/発表者名
      Higashimoto, S., Tanaka, Y., Ishikawa, R., Hasegawa, S., Azuma, M., Ohue, H., Sakata, Y.
    • 雑誌名

      Catalysis Science and Technology

      巻: 3 ページ: 400-403

    • DOI

      10.1039/C2CY20607B

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CO2 sensor using quartz crystal microbalance coated with sensitive membrane2013

    • 著者名/発表者名
      Muraoka, S. , Kiyohara, Y., Oue, H., Higashimoto, S.
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines

      巻: 133 ページ: 20-25

    • DOI

      10.1541/ieejsms.133.20

    • 査読あり
  • [学会発表] 可視光と光触媒を利用した芳香族アルコール選択変換反応

    • 著者名/発表者名
      東本慎也
    • 学会等名
      第7回触媒道場(触媒学会)
    • 発表場所
      ニュー砂丘荘(鳥取市)
  • [学会発表] CdS/TiO2光触媒と可視光を利用したベンジルアルコールとニトロベンゼンからのワンポットイミン合成

    • 著者名/発表者名
      仲井雄太,東本慎也,東正志
    • 学会等名
      第112回触媒討論会(触媒学会)
    • 発表場所
      秋田大学(秋田市)
  • [学会発表] コロイド法によるCIS/TiO2薄膜の作製と太陽電池への応用

    • 著者名/発表者名
      東本慎也,乾成樹,東正志
    • 学会等名
      2013年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      東京工業大学(目黒区)
  • [学会発表] CdS/TiO2光触媒と可視光を利用したベンジルアルコールとニトロベンゼンからのワンポットイミン合成

    • 著者名/発表者名
      仲井雄太,東本慎也,東正志,大植弘義
    • 学会等名
      日本エネルギー学会関西支部第58回研究発表会、石油学会関西支部第22回研究発表会
    • 発表場所
      近畿大学(東大阪市)
  • [学会発表] CdS/Pt/TiO2光触媒上での可視光照射下での芳香族アルコールまたはグリセリン溶液からの水素生成反応

    • 著者名/発表者名
      勝浦健太,東本慎也,東正志,大植弘義
    • 学会等名
      日本エネルギー学会関西支部第58回研究発表会、石油学会関西支部第22回研究発表会
    • 発表場所
      近畿大学(東大阪市)
  • [学会発表] CdS担持TiO2光触媒上での芳香族アルコールとニトロベンゼンからのワンポットイミン合成における反応機構の検討

    • 著者名/発表者名
      仲井 雄太、東本 慎也、東 正志
    • 学会等名
      近畿化学協会触媒・表面部会 第6回触媒表面化学研究発表会
    • 発表場所
      関西大学(吹田市)
  • [学会発表] TiO2光触媒を用いた可視光照射下でのベンジルアミンの選択的酸化反応:各種金属イオンの担持効果

    • 著者名/発表者名
      四間 隆基、東本 慎也、東 正志
    • 学会等名
      近畿化学協会触媒・表面部会 第6回触媒表面化学研究発表会
    • 発表場所
      関西大学(吹田市)
  • [学会発表] CdS担持Pt/TiO2光触媒を用いた可視光照射下での芳香族アルコール溶液からの水素生成反応

    • 著者名/発表者名
      勝浦 健太、東本 慎也、東 正志
    • 学会等名
      近畿化学協会触媒・表面部会 第6回触媒表面化学研究発表会
    • 発表場所
      関西大学(吹田市)
  • [学会発表] カーボンナイトライド修飾二酸化チタン光触媒を用いたグリセリンをプロトン源とした水素生成およびニトロベンゼンの光還元反応

    • 著者名/発表者名
      川西 龍也、東本 慎也、東 正志
    • 学会等名
      近畿化学協会触媒・表面部会 第6回触媒表面化学研究発表会
    • 発表場所
      関西大学(吹田市)

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公開日: 2015-05-28  

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