2018 Fiscal Year Annual Research Report
過酸化水素を利用した環境調和型物質変換を目指したコンポジット熱-光触媒の設計
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16H06046
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
福 康二郎 関西大学, 環境都市工学部, 助教 (10711765)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コンポジット熱－光触媒 / 過酸化水素 / 太陽光エネルギー / 酸素 / 有機酸化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、駆動エネルギー源に無尽蔵な太陽光を使用した水と酸素からの過酸化水素製造を行い、製造した過酸化水素をin-situで有機酸化反応に使用できる『コンポジット熱－光触媒』の設計を最終目的にしている。昨年度に引き続き、「効率的な過酸化水素生成および蓄積が実現できる光触媒設計」と「生成した過酸化水素を有機酸化反応へ効果的に応用できる熱－光触媒設計」について段階的に検討した。
(1)効率的な過酸化水素生成および蓄積が実現できる光触媒設計
昨年度までに、光触媒的な酸素からの過酸化水素生成において、Pd系助触媒が極めて効果的に作用することを見出している。今年度は更なる高性能化を目指し、Pd系助触媒の担持方法・条件の影響について検討した。高酸化状態のPd(PdOやPdO2)助触媒は、生成した過酸化水素の還元分解を抑制し、結果として高濃度な過酸化水素蓄積が可能になることを見出した。低担持量(Pdとして0.1 wt%以下)の高酸化状態Pd助触媒を光析出法で導入することにり、含浸法で導入した場合に比べて、約4倍の過酸化水素蓄積量の向上も達成された。
(2)生成した過酸化水素を有機酸化反応へ効果的に応用できる熱－光触媒設計
過酸化水素を生成するための効果的な光触媒材料として機能するバナジン酸ビスマス(BiVO4)は、過酸化水素存在下におけるオレフィン(スチレン)酸化反応のための熱触媒として機能することがわかった。また本反応の性能は、光照射下において約5倍程度向上することも明らかとなった。昨年度に既に合成に成功しているBiVO4@SiO2を本熱－光触媒反応系に応用することで、BiVO4の熱触媒反応系に比べて約7.5倍の性能向上が達成された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまでに、効果的な過酸化水素の生成および蓄積を実現する様々な光触媒設計について検討しており、水と酸素を原料に使用した酸化還元的な過酸化水素生成も実現できている。特に、酸素を原料に使用した還元的な過酸化水素生成においては、高濃度の過酸化水素蓄積を実現するPd系助触媒担持光触媒の設計にも成功している。これらは、生成した過酸化水素の有機酸化反応へのin-situ利用に十分に期待できる成果である。
また、過酸化水素を酸化剤に使用した有機酸化反応についても、LDH系触媒やBiVO4熱－光触媒のような、これまでに無い視点での高性能な触媒設計が実現できている。上記の光エネルギーを利用して過酸化水素を合成する光触媒系と融合することで、画期的な『コンポジット熱－光触媒』系の構築が十分に期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の通り、水と酸素を原料に使用した酸化還元的な過酸化水素生成を実現する光触媒設計は達成できている。特に、酸素を原料にした還元的な過酸化水素生成に関しては、高濃度での蓄積も実現できている。しかしながら、生成した過酸化水素の酸化分解反応の抑制は未だ十分ではなく、水を原料とした犠牲剤の無い反応系では十分な蓄積量を達成できていないのが現状である。来年度は、これまでに設計した光触媒材料の各種表面処理を行うことで、過酸化水素の酸化分解も抑制し、水と酸素を原料にした条件下においても、高濃度の過酸化水素蓄積が実現できる光触媒設計を目指す。これを、これまでの成果で得られた熱触媒系と融合することで、画期的な『コンポジット熱－光触媒』系の構築を目指す。
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