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

点击翻译按钮获取中文摘要

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.