アンモニア水を用いた芳香環アミノ化反応に有効な光触媒の開発

开发利用氨水进行芳环胺化反应的有效光催化剂

基本信息

批准号：
10J07799
负责人：
湯沢勇人
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

報告者は,Pt/TiO_2光触媒を用いたNH_3水による選択的な芳香環アミノ化反応(Ph-H+NH_3aq→Ph-NH_2+H_2)を見出したが,活性が低いため改善が必要であった.そこで,報告者は可視光へ利用可能な光の波長領域を広げるために,Au/TiO_2におけるAuナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴(Localized surface plasmon resonance:LSPR)による可視光吸収を利用した光触媒作用に注目した.アミノ化反応を進行させるためには水素生成反応が進行することが必須であるのでエタノールからの水素生成反応(CH_3CH_2OH→CH_3CHO+H_2)を検討し,反応活性に重要な光触媒構造の解明を試みた.種々の結晶相,粒子サイズを持つ酸化チタンに光電着法によってAuナノ粒子を添加したところ,ほとんどのものは球状のAuナノ粒子が添加されたが,低表面積のルチル酸化チタンにはロッド状のナノ粒子がTEM観察において頻繁に見られた.これらの光触媒の活性を調べたところ,球状のAuナノ粒子においては粒子径が大きいものほどAuナノ粒子一個当たりの活性が高くなった,これは,粒子径の増加によりAuナノ粒子一個あたりの光吸収強度が増加したためであることが分かった.また,球状のAuナノ粒子と類似した粒子サイズを持つロッド状のAuナノ粒子の粒子一個あたりの光触媒活性を比較すると,ロッド状のAuナノ粒子の方が高活性であることが分かった,両者のAuナノ粒子において光吸収強度はほぼ同等であったが,光吸収強度に対する光触媒活性はロッド状のAuナノ粒子の方が数倍高かったことから,Auナノ粒子の光励起により生じた励起電子が酸化チタンに注入される効率が高いためにロッド状Auナノ粒子の方が高い光触媒活性を示すことが分かった.したがって,より厳密にAuナノ粒子の構造を制御することにより,さらなる高活性化が期待でき,アミノ化反応への応用が可能になると考えている.

演讲者发现了使用Pt/TiO_2光催化剂的NH_3水的选择性芳环胺化反应（Ph-H+NH_3aq→Ph-NH_2+H_2），但由于活性较低，需要改进，因此，为了扩大波长范围。从可用光到可见光，作者研究了 Au/TiO_2 中 Au 纳米粒子的局域表面等离子体共振。我们着眼于利用共振可见光吸收的光催化效应：局域表面等离子体共振（LSPR。为了进行胺化反应，必须进行氢生成反应），并试图阐明对反应活性重要的光催化结构。。当通过这种方法添加Au纳米颗粒时，大多数为球形Au纳米颗粒，但在低表面积金红石氧化钛的TEM观察中经常看到棒状纳米颗粒。当我们研究光催化活性时，我们发现颗粒越大。球形金纳米颗粒的尺寸越大，每个金纳米颗粒的活性越高。这是由于颗粒尺寸的增加。结果发现，这是由于每个金纳米粒子的光吸收强度增加所致。此外，当比较具有相似粒径的球形金纳米粒子和棒状金纳米粒子的每个粒子的光催化活性时，发现棒状金纳米粒子的光催化活性增加了。形状Au纳米粒子具有较高的活性。两种Au纳米粒子的光吸收强度几乎相同，但光催化活性相对于光吸收强度为棒状Au纳米粒子的光催化活性比棒状Au纳米粒子高数倍，表明Au纳米粒子光激发产生的激发电子更有效地注入到二氧化钛中，从而导致棒状Au纳米粒子具有更高的光催化活性。因此，我们相信，通过更精确地控制金纳米粒子的结构，我们可以期望更高的活化，从而使其能够应用于胺化反应。