2018 Fiscal Year Research-status Report
酸化／還元場分割型光触媒マイクロリアクターを用いた２段階光励起反応システムの開発
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18K04825
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長嶺 信輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30335583)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
引間 悠太 京都大学, 工学研究科, 助教 (50721362)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光触媒 / マイクロリアクター / g-C3N4 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは光触媒を金属基板に固定化した光化学ダイオードにより酸化／還元場を異なる流路に分割した光触媒マイクロリアクターを開発している。光触媒側流路への光照射により正孔と電子が生成し，電子が金属板を経由してもう一方の流路に移動し，光触媒側流路で正孔による酸化反応，金属側流路で電子による還元反応が進行することを実証している。本研究ではエネルギー準位の異なる可視光応答性光触媒マイクロリアクターを２基連結し，その間でレドックスメディエーターを循環させることで，酸化／還元を異なるリアクターに分担させる２段階光励起反応システムの開発を目的としている。
平成30年度は可視光応答性光触媒の候補としてグラファイト状窒化炭素（g-C3N4）に着目した。g-C3N4は電子のエネルギー準位が高く，化学的にも安定であることから，開発するシステムにおいて，光触媒側流路にてレドックスメディエータの酸化，金属側流路にてp-ニトロフェノールの還元を担うマイクロリアクターに用いることを想定している。g-C3N4の作製，マイクロリアクターへの固定化，および可視光照射下での光触媒性能の評価を行った。既往の文献を参考にしメラミン，シアヌル酸，バルビツール酸から調製したペーストを金属チタン板あるいはガラス板に塗布し，窒素中で熱処理を施すことで多孔質なg-C3N4層を固定化した。この固定化基板を用いたマイクロリアクターによりp-ニトロフェノールの光触媒還元，およびレドックスメディエータの候補である鉄(II)イオンの酸化を実施し，いずれの反応も可視光照射により進行することを確認した。
以上の研究結果は化学工学会第84年会にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成30年度には２段階光励起反応システムの還元用マイクロリアクターに用いる光触媒の候補としてg-C3N4に着目し，p-ニトロフェノールの還元，レドックスメディエータである鉄イオンの酸化が可能であることを示した。ただし，酸化／還元場分割型マイクロリアクターによる反応の実施には至っておらず，進捗は当初予定よりもやや遅れていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
g-C3N4を用いた酸化／還元場分割型マイクロリアクターを作製し，鉄イオンの酸化とp-ニトロフェノールの還元を実施する。並行して酸化力の強くかつ安定な可視光応答性光触媒を探索し，光触媒側流路でアルコール類の酸化，金属側流路で鉄(III)イオンの還元を実施する。光触媒の候補としてα-Fe2O3を考えており，ステンレス板の陽極酸化によるα-Fe2O3ナノチューブの作製，光触媒マイクロリアクターへの利用について検討を行う予定である。
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