2015 Fiscal Year Annual Research Report
光触媒化学変換に基づくバイオマス関連物質の高効率選択酸化反応プロセスの開発
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26620148
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
宍戸 哲也 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 教授 (80294536)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 選択酸化 / バイオマス / 比表面積 / 流通系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表的な半導体型光触媒である酸化チタンでは、酸化チタン表面で形成される活性酸素種によって完全酸化ないし部分酸化物の逐次酸化が進行するため、部分酸化物への選択性が低い欠点がある。本研究では、酸化ニオブ上で進行する表面錯合体の光励起という特異な活性化過程を経る機構、即ち、禁制帯中に形成される表面錯合体のドナー準位から伝導帯への励起であるためバンドギャップエネルギーより小さいエネルギーの光、即ち可視光によっても進行させることが可能である点を利用し検討を進めた。本年度は、酸化ニオブによる可視光を利用する選択光酸化について錯合体濃度の制御の観点から比表面積の異なる酸化ニオブを調製し、その表面性質と光触媒機能の相関について検討を行った。その結果、第一級および第二級アルコール光酸化ならびにベンジルアミン光酸化に対して、比表面積が大きな層状酸化ニオブを用いることにより、選択性を維持したまま活性の向上ができることが分かった。また、基質の吸着のみならず生成物の脱離も反応速度を決定する重要な因子であることを明らかとした。
次に、この層状酸化ニオブ触媒をバイオマス変換反応ならびにファインケミカルズ合成に対する応用検討を行った。2-アミノベンジルアミンとアルデヒドのカップリング反応によりN-フェニルキナゾリン誘導体を高収率で得ることに成功した。一方、ジオール類の反応は紫外光照射下でも殆ど進行せず、モノアルコール類と大きくその反応性が異なることが分かった。これは、ジオールの特異な吸着構造によると推定した。また、酸化ニオブを用いたアルコール光酸化反応を液相流通系に展開することで部分酸化生成物を連続的，かつ選択的に得ることに成功した。また，触媒活性向上の指針を得るために速度論解析を行い，低濃度領域と高濃度領域で律速段階が異なることが分かった。
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