隔膜セルを用いた反応分離型触媒による部分酸化活性の制御

使用隔膜电池通过反应分离催化剂控制部分氧化活性

• 批准号: 13126206
• 负责人: 山中 一郎
• 金额: $ 6.85万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13126206/
• 关键词: 反応分離; 燃料電池; 部分酸化; 活性制御; 選択性制御; 過酸化水素; アルケン; アルカン; 隔膜電解法; アルカン酸化; 反応場分離; イリジウム; 電解酸化; 触媒; 膜電極; グリーンプロセス; メンブレンリアクター; オレフィン; 窒素酸化物; 電極反応

燃料電池は、燃料と酸素を|陽極|電解質膜|陰極|からなる隔膜の両側に導入し、電気化学的に両者を反応させ、これに伴う自由エネルギー変化を電力として取り出すデバイスである。通常の燃料電池の場合には、燃料(反応物)は完全酸化される。本研究において,陽極の電極触媒を改良することにより完全酸化活性を抑制し、部分酸化活性を発現させることができた。具体的には,[エチレン、水蒸気|Pd-陽極|リン酸電解質膜|Pt-陰極|酸素]からなる反応システムを用いることにより、両電極間を短絡するだけで燃料電池の原理で電流が流れ、触媒的にエチレンの部分酸化生成物であるアセトアルデヒドが選択率よく生成することを見出した。この反応システムは電解合成ではあるが、外部からは電圧を全く掛けておらず、反応システム全体としては触媒反応である。また、|Pd-陽極|リン酸電解質膜|Pt-陰極|を隔膜として、反応物と酸素が分離したままの状態、つまり酸化反応場と還元反応場を物理的に隔てた状態で触媒反応を実施することができる特長を有している。さらに、本反応システムは燃料電池でもあるので発電も可能である。つまり有用な化学品と電力とのコ・ジェネレーションが可能となった。上記反応系の実用化へ近づくため,反応活性の比較的向上を試みた結果,カソード反応にNOxメディエータを組み込むことによりアセトアルデヒド生成活性が10倍に向上することを見出した。本反応系はより付加価値の高いプロピレン酸化にも有効であった。また,本反応系をアルケンよりも遥かに反応性の低いアルカンの部分酸化に応用することを試み,電圧を掛けた状態ではあるが,常温常圧の極めて温和な条件でシクロヘキサンを選択的に部分酸化できることを見出した。さらに本反応系を水素の部分酸化による過酸化水素合成に適用し,効率よく過酸化水素が生成することを見出している。

Fuel cell は, fuel element を と acid anode | | | cathode electrolyte membrane | か ら な る diaphragm の struck side に import し, electric 気 chemical に struck one を 応 さ せ, こ れ に with free う エ ネ ル ギ ー variations change を power と し て take り out す デ バ イ ス で あ る. Typically, in <s:1> fuel cells <e:1>, the situation is に に and the fuel (anti応 substance) is <s:1> completely acidified される. This study に お い て, anode catalyst を の electrode modified す る こ と に よ り completely acidizing inhibition し を, partial acidification active を 発 now さ せ る こ と が で き た. Specific に は, [エ チ レ ン, water steaming 気 anode | | Pd - リ ン acid electrolyte membrane - cathode | | Pt acid] か ら な る anti 応 シ ス テ ム を with い る こ と に よ り を short collaterals, struck electrodes す る だ け で principle of fuel cell の れ が で current flow, catalyst に エ チ レ ン の part acidification products で あ る ア セ ト ア ル デ ヒ ド が sentaku rate よ く generated Youdaoplaceholder0 とを see た. こ の anti 応 シ ス テ ム は electrolytic synthesis で は あ る が, external か ら は electric 圧 を く hang all け て お ら ず, anti 応 シ ス テ ム all と し て は catalyst against 応 で あ る. ま た, anode | | Pd - リ ン | Pt acid electrolyte membrane - cathode | を diaphragm と し て, anti 応 と acid element が し た ま ま の status, つ ま り acidification games against 応 と also yuan against 応 を に of physical isolation て た state で catalyst against 応 を be applied す る こ と が で き る strength を have し て い る. Youdaoplaceholder0, this reverse 応システム 応システム fuel cell である ある ある で the electricity generated by で may である. つ ま り な useful chemicals と power と の コ · ジ ェ ネ レ ー シ ョ ン が may と な っ た. Written against 応 is の be use the へ nearly づ く た め, reverse 応 の is upward を try み た results, カ ソ ー ド anti 応 に NOx メ デ ィ エ ー タ を group み 込 む こ と に よ り ア セ ト ア ル デ ヒ ド generate 10 times active が に upward す る こ と を shows し た. This inverse 応 is the effect of であった よ よ acidification に であった when 価 values are added. ま た, this reverse 応 を ア ル ケ ン よ り も remote か に anti 応 sex low の い ア ル カ ン の part acidification に 応 with す る こ と を み, electric 圧 を hang け た state で は あ る が, normal temperature often 圧 の extremely め て benign conditions な で シ ク ロ ヘ キ サ ン を sentaku に part of acidification で き る こ と を shows し た. さ ら に this anti 応 を part water element の acidification に よ る acidification に applicable し water element synthesis, sharper rate よ く water acidification passes が SRBC す る こ と を shows し て い る.

项目成果

Ichiro Yamanaka: "Partial oxidation of methanol using a fuel cell reactor"Applied Catalysis A : General. 247. 219-229 (2003)

Ichiro Yamanaka：“使用燃料电池反应器部分氧化甲醇”应用催化 A：概述。

Ichiro Yamanaka: "Electro-Catalytic Synthesis of DMC over the Pd/VGCF membrane anode by Gas-Liquid-Solid Phase-Boundary Electrolysis"Journal of Catalysis. 221. 110-118 (2003)

Ichiro Yamanaka：“通过气-液-固相边界电解在 Pd/VGCF 膜阳极上电催化合成 DMC”催化杂志。

Ichiro Yamanaka: "Direct and Continuous Production of Hydrogen Peroxide(7 wt%) with 93% Selectivity using the Fuel Cell System"Angewandte Chemie International Edition. 42. 3653-3655 (2003)

Ichiro％20Yamanaka：％20“直接％20和％20连续％20生产％20的％20氢气％20过氧化物（7％20wt％）％20与％2093％％20选择性％20使用％20％20燃料％20Cell％20系统”Angewandte％20Chemie％20International％

Ichiro Yamanaka: "Design of alkene-(O_2+NO) cell system for the partial oxidation of alkenes"Catalysis Today. 66. 115-122 (2001)

Ichiro Yamanaka：“用于烯烃部分氧化的烯烃-(O_2 NO)细胞系统的设计”今日催化。

Ichiro Yamanaka: "Electrochemical Studies of the Alkene-NOx Fuel Cell for Organic Synthesis"Jouranal of Electrochemical Society. 150. D129-D133 (2003)

山中一郎：“用于有机合成的烯烃-NOx燃料电池的电化学研究”电化学学会杂志。