金ナノ粒子触媒を用いたエタノールの酸素酸化によるアセトアルデヒドと酢酸の直接合成

金纳米颗粒催化剂氧氧化乙醇直接合成乙醛和乙酸

基本信息

批准号：
06F06773
负责人：
春田正毅
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

バイオマスから生産されるエタノールを安価で豊富に存在する分子状酸素(または空気)を使って選択的に酸化して、酢酸を一段で作ることは環境にやさしい化学プロセスの一つとして注目を集めている。エタノールの液相酸化について金ナノ粒子触媒を使って実験的に調べたところ、金ナノ粒子の担体としては、Cu^+ドープにより半導体性を向上させたNiOが最も有効で、85%以上の選択姓で酢酸を生成することを見出した。また、空気中焼成した金触媒を、水素気流中100℃で前処理すると、触媒活性および酢酸選択性が向上することから、触媒の前処理が触媒調製の重要な一工程であることを知ることが出来た。そこで、単純系である卑金属酸化物の触媒特性が前処理によってどのように変わるか、最も簡単な反応系であるCO酸化を例にとって詳しく検討を行った。その結果、n型半導体性を示すCo_3O_4,NiO,MnO_2の場合は、150-250℃の温和な温度条件で、空気、COを含有する空気、または窒素中で前処理によって、COを-80℃でも酸化できるようになるという驚くべき現象を見出した。速度論的解析、低温からの昇温脱離実験、ガス中の水分の分析などから、上記の前処理は金属酸化物表面に欠陥を作るために必要な操作であることが判明した。Co_3O_4の場合を例にとり、結晶構造に基づいた原子レベルでのCO酸化反応機構を提唱した。これらの研究成果は、室温で働き貴金属を使わない空気浄化触媒やバイオマスを原料とする新しい化学の開拓につながると期待され、その意義は深い。

使用廉价，丰富的分子氧（或空气）在单个阶段产生乙酸从生物量产生的乙醇有选择地氧化乙醇，这引起了人们的注意，作为一种环保化学过程。发现，使用金纳米颗粒催化剂NiO进行了实验研究乙醇的液相氧化，该催化剂已被Cu^+掺杂改善，被认为是金纳米颗粒的最有效载体，并产生乙酸，其所选姓氏为85％或更多。此外，在100°C下在空气中钙化的金催化剂的预处理可提高催化活性和乙酸的选择性，并且众所周知，催化剂的预处理是准备催化剂的重要步骤。因此，我们已经详细研究了简单基金氧化物的催化剂特性如何随着预处理而变化，以最简单的反应系统CO氧化为例。结果，在CO_3O_4，NIO和MNO_2的情况下，表现出N型半导体特性，CO即使在150-250°C的轻度温度条件下进行预处理，在空气中进行预处理，在空气中进行预处理，在-80°C下进行-80°C。动力学分析，低温的温度提高解吸实验，气体中的水分等分析是在金属氧化物表面上产生缺陷所需的操作。以co_3o_4为例，提出了基于晶体结构在原子水平上的CO氧化反应的机制。预计这些研究结果将导致在室温下运行的新化学反应的发展，并且不使用贵金属，并将生物量用作原材料，其意义是深刻的。