2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of dehydrogenative cross-coupling reactions by blended catalysts
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20K21108
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉田 寿雄 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (80273267)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 脱水素的カップリング / 光触媒 / ブレンド触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒は光励起電子・正孔により還元・酸化反応を独立かつ同時に進行させるため，新規な化学反応の実現を期待させる．研究代表者は，光触媒的脱水素クロスカップリング反応（DCC反応）を検討し，酸化チタン光触媒とパラジウム触媒を物理混合した「ブレンド触媒」が有機化合物と芳香環との間のDCC反応に有効であることを発見した．本課題研究では，このブレンド触媒による反応機構を解明し，ブレンド比や光触媒・パラジウム触媒を最適化して高活性化を達成することを目指した．
2020年度は，推定反応機構を検証するために，メタノール改質反応をモデル反応として，流通系反応装置で上流に光触媒と下流に金属触媒を置き空間的に分離した状態でも，光触媒によって生成したラジカル種が，下流の金属触媒によってカップリングを起こし反応が進行することを示すことに成功した．ブレンド触媒のうちの光触媒と金属触媒の役割は独立にあって，かつ，ラジカル種はそれなりに安定に金属触媒まで移動できることを示すことができた．
2021年度は，光触媒の構造を示す主要なパラメータである比表面積と，光触媒の効率に深く関連する励起電子・正孔の寿命について，多くの酸化チタン光触媒試料について調べて整理した結果，比表面積と寿命の積が，脱水素的カップリング反応の反応速度を決めることを見出した．そのほか，光触媒表面上にある吸着分子が光励起するタイプのDCC反応も見出した．
研究期間を延長した2022年度は，ブレンド触媒発見のきっかけとなった芳香環シアノメチル化反応を対象として，担持金パラジウム合金触媒を用いてより高活性なブレンド触媒の開発に成功した．
以上により，研究機関全体を通して，ブレンド触媒の推定反応機構の確認，光触媒の構造活性相関の解明による設計指針の提案，合金化によるブレンド触媒の高活性化に成功した．
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