酸素欠陥サイトを足場とする異種アニオン導入による新規固体触媒の創成

本研究では、強力な還元剤であるナトリウムナフタレニドを利用した液層還元法により金属酸化物への高濃度酸素欠陥導入を行い、その酸素欠陥を異種アニオン導入の足場として利用することで高濃度に異種アニオン種を導入した新規固体触媒の開発を行うことを目的としている。本年度は、二酸化チタンをナトリウムナフタレニドで処理することにより、室温で高濃度に酸素欠陥を導入でき、材料の比表面積を損なうことなく酸素欠陥型酸化チタンの合成に成功した。本手法により合成した酸素欠陥型酸化チタンの酸素欠陥量は、およそ700℃で水素還元処理した二酸化チタンと同程度であった。さらに、その材料を用い、リン酸水溶液で処理すると、通常のリン酸担持酸化チタンよりも6倍量のリン酸を固定できることを明らかにした。通常のリン酸担持酸化チタンでは、二酸化チタン粉末をリン酸水溶液に浸漬させ1日から一週間程度浸漬時間を増やしても導入できるリン酸基の量は最大で1wt%程度であったが、ナトリウムナフタレニド還元法により酸素欠陥を導入した酸化チタンでは、リン酸水溶液中での浸漬時間が、1日であるが遙か多量のリン酸基を導入できる。このような材料を触媒として用い、キシロースからフルフラールへの変換反応を行ったところ、通常のリン酸担持酸化チタンよりも高い選択性でフルフラールが得られ、導入したリン酸基量が多い触媒ほど高選択的にフルフラールを合成できることが明らかとなった。

本研究では、強力な還元剤であるナトリウムナフタレニドを利用した液層還元法により金属酸化物への高濃度酸素欠陥導入を行い、その酸素欠陥を異種アニオン導入の足場として利用することで高濃度に異種アニオン種を導入した新規固体触媒の開発を行うことを目的としている。本年度は、二酸化チタンをナトリウムナフタレニドで処理することにより、室温で高濃度に酸素欠陥を導入でき、材料の比表面積を損なうことなく酸素欠陥型酸化チタンの合成に成功した。本手法により合成した酸素欠陥型酸化チタンの酸素欠陥量は、およそ700℃で水素還元処理した二酸化チタンと同程度であった。さらに、その材料を用い、リン酸水溶液で処理すると、通常のリン酸担持酸化チタンよりも6倍量のリン酸を固定できることを明らかにした。通常のリン酸担持酸化チタンでは、二酸化チタン粉末をリン酸水溶液に浸漬させ1日から一週間程度浸漬時間を増やしても導入できるリン酸基の量は最大で1wt%程度であったが、ナトリウムナフタレニド還元法により酸素欠陥を導入した酸化チタンでは、リン酸水溶液中での浸漬時間が、1日であるが遙か多量のリン酸基を導入できる。このような材料を触媒として用い、キシロースからフルフラールへの変換反応を行ったところ、通常のリン酸担持酸化チタンよりも高い選択性でフルフラールが得られ、導入したリン酸基量が多い触媒ほど高選択的にフルフラールを合成できることが明らかとなった。