Analyses of one-step hydrogenation of polycyclic aromatic hydrocarbons with multi-electron transfer in microemulsion reaction field

微乳液反应领域多环芳烃多电子转移一步加氢分析

基本信息

批准号：
21K04999
负责人：
脇坂暢
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Toyama Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はマイクロエマルションを反応場とした多環芳香族の1段階電解水素化反応の制御および機構解明である。この目的のため、昨年度に引き続きナフタレンを基質とし、様々な組成および支持電解質pHのマイクロエマルションを調製し、Pt-Ruスパッタ合金電極触媒を用いた精密な電気化学測定とガスクロマトグラフによる生成物分析から、反応性制御因子の解明を行った【サブテーマA】。この結果、基質ナフタレンを多く含むマイクロエマルション(D相)では、水素化のファラデー効率は77%@1.5 mAcm^-2と高かったものの、4電子反応によるテトラリンの生成が優勢であった。一方、基質ナフタレンが少ないマイクロエマルションはO/W相を形成し、D相に比べファラデー効率が51%@1.5 mAcm^-2と低くなったものの、10電子反応によるデカリンの生成が優勢であった。生成デカリンは殆どcis体であったため、Langmuir-Hinshelwood機構による反応が推察される。基質濃度によりナフタレンの電極表面上への吸着状態が変化したため、反応選択性が異なったと考えられる。より詳細な反応機構の解析のため、昨年度に引き続き、微分電気化学質量分析装置の作製を行った【サブテーマC】。本年度は安定した測定ができるよう、電解セルの設計を一新し、真空取り込み口の透過膜の選定を改めて行った。この結果、幅広い温度域において、水溶液中に含まれる芳香族炭化水素の分析が可能となった。しかし、触媒上で微量に生成される水素化物の検出には至らなかった。これは真空取り込み口の透過膜まで溶解度の低い水素化物が到達できないためと考えられる。次年度はさらなる装置の改良を試みる。研究の成果の一部は学術会議にて発表を行った。

本研究的目的是控制和阐明以微乳液为反应位点的多环芳烃一步电解加氢反应的机理。为此，我们从去年开始，以萘为基质，制备了各种成分和支持电解质pH的微乳液，并使用Pt-Ru溅射合金电极催化剂进行了精确的电化学测量，并使用气相色谱法进行了产物分析，阐明了这一点。反应性控制因素[子主题A]。结果，在含有大量底物萘的微乳液（D相）中，虽然氢化法拉第效率高达77%@1.5 mAcm^-2，但通过四电子反应生成四氢化萘的效率却很高。主导的。另一方面，底物萘较少的微乳液形成O/W相，虽然法拉第效率在1.5 mAcm^-2时比D相低51%，但通过10电子反应生成十氢萘主导的。。由于大部分产生的十氢萘是顺式形式，因此推断该反应是基于Langmuir-Hinshelwood机理。认为反应选择性不同是因为电极表面上萘的吸附状态根据底物浓度而变化。延续去年，我们构建了差示电化学质谱仪来更详细地分析反应机理[Subtheme C]。今年，为了保证测量稳定，我们重新设计了电解池，并重新选择了真空入口处的渗透膜。其结果是，可以在较宽的温度范围内分析水溶液中所含的芳香族烃。然而，无法检测到催化剂上产生的少量氢化物。认为这是因为溶解度低的氢化物无法到达真空导入口的透过膜。明年，我们将努力进一步完善设备。部分研究成果在学术会议上发表。