1～10 件を表示 ／ 全 10 件
様々な担体に高分散化が可能
■東北大学技術のご紹介 貴金属は、さまざまな反応系の触媒として用いられているが、価格・希少性が高いため使用量が低減している。そのゆえ、貴金属を担持した触媒は、使用貴金属量あたりの表面積を最大限にするために、酸化物などの担体に貴金属粒子をナノ粒子状態で分散担持させたものが一般的である。従来の貴金属触媒の製造方法には、金属化を行う際の加熱過程で貴金属粒子の凝集が起こるため、貴金属粒子の分散性が悪く、粒子径も不 均一になるという課題がある。たとえ高分散化した粒子を得ることが可能な金属触媒の製造方法を用いても、担体が制限されてしまうという課題もある。 本発明により、様々な担体に、金属粒子を均一に高分散化させることができる金属触媒の製造方法を提供することが可能となった。
低コストかつ簡便に、光触媒性能と親水性に優れた二酸化チタン薄膜を作製可能
■東北大学技術のご紹介 実用の二酸化チタン光触媒は粉末を原材料とすることが多く、基板への固定化や密着性が産業利用上の課題であった。また、二酸化チタンは紫外光には活性だが、太陽光などの自然光の活性が乏しい点も長年の課題である。 本発明は、陽極酸化法を用いたルチル型二酸化チタン薄膜の製造技術に関するものであり、本法により比較的低コストで、光触媒性能と超親水性を併せ持つ、密着能の高い薄膜の創製が可能である（右表）。この薄膜は紫外光だけでなく可視光においても光触媒活性を示す（図１）。また、紫外線照射だけでなく可視光下でも水滴が0.005秒後に完全に薄膜表面で濡れ拡がり、“浸透性に優れたインクジェットプリンター用用紙”と同等の高速濡れ性を確認している（図２）。
市販のPt/C触媒より高い活性を持つ新規触媒
燃料電池電極触媒は、現行白金(Pt)を用いた材料やPtとその他の貴金属(Ni,Co,Pd等)の合金が用いられている。しかしながら現行の材料は高価という課題がある。一方で代替材料であるPtと安価な材料(カーボン等)の合金も活性効率の向上が必要という課題を有していた。本発明は資源量が豊富であるケイ素(Si)に注目し、ドライプロセスを経てPtとSiの合金ナノ粒子を作製することで前記課題を解決するものである。さらに、開発したPtとSiの合金ナノ粒子は市販のPt/C触媒に対し2.5倍の触媒活性を示すといった特徴があるため、燃料電池の電極触媒の代替材料として期待される。
優れたCO酸化性能と高度な触媒活性を両立
従来から、多孔性金属は排ガス浄化触媒の分野に利用されてきた。この多孔性金属として、孔の内部に更に1段以上の孔が形成されている孔が含まれる多孔性金属薄膜が知られている。また、1次粒子の粒径が200nm以下の金属微粒子が複数個集まり、接触部分が融着して形成された孔径1μｍ以下の多孔性金属粒子が開示されている。しかし、従来の多孔性金属は排ガス浄化用触媒として利用した場合、十分な触媒活性を有するものではないという課題があった。 本発明によって、COの酸化性能に優れ、十分に高度な触媒活性を有する排ガス浄化用触媒およびその触媒の製造方法を提供することが可能になった。本発明は、特定の金属とAlとを含有する合金を得た後に、その合金からAlを溶出させることにより、中心細孔直径が微小な細孔を有する多孔性金属が得られることができる。また、本発明の中心細孔の直径は1～15nmであることを特徴とする。このような中心細孔直径を有する多孔性金属を備える排ガス浄化用触媒は、高度な触媒活性を有することが確認された。
暗所下でも光照射下と同一の 酸化反応を誘起する新規触媒
光触媒は光照射下で酸化還元反応を誘起する材料である。特に、ダウンヒル反応（有害・汚染物質の酸化分解）に有効で、紫外光応答性の酸化チタン（TiO2）が既に実用化されている。しかし、TiO2光触媒技術は、太陽光スペクトルを踏まえると、対象が少量・低濃度物質に限定されており、暗所下では光照射下と同様の酸化分解処理は決して誘起されないという課題があった。 発明者は有機p-n接合体の光電極・光触媒として適用するための研究に取り組む中で、有機p-n接合体がチオールの酸化に対して, 暗所下でも触媒として作⽤(＝デュアルキャタリシス) することを⾒い出した［1］。さらに, 鋭意研究を進めた結果, 有機p-n接合体に助触媒を担持することにより、デュアルキャタリシスの対象をギ酸、過酸化水素、ヒドラジンに拡大することに成功した。 デュアルキャタリシスは、TiO2には備わっていない新しい触媒作⽤である。有機p-n接合体および助触媒の選定により、環境浄化⽤途の触媒として、適⽤範囲及び市場規模の拡⼤が期待される。
暗所下での過酸化水素の酸化が可能
光触媒は光照射下で酸化還元反応を誘起する材料である。特に、ダウンヒル反応（有害・汚染物質の酸化分解）に有効で、紫外光応答性の酸化チタン（TiO2）が既に実用化されている。しかし、TiO2光触媒技術は、太陽光スペクトルを踏まえると、対象が少量・低濃度物質に限定されており、暗所下では光照射下と同様の酸化分解処理は決して誘起されないという課題があった。 発明者は有機p-n接合体の光電極・光触媒として適用するための研究に取り組む中で、有機p-n接合体がチオールの酸化に対して, 暗所下でも触媒として作⽤(＝デュアルキャタリシス) することを⾒い出した［1］。さらに, 鋭意研究を進めた結果, 有機p-n接合体中のp型半導体(FePc)が過酸化水素の存在下で酸化分解されることにより, その場で過酸化水素に対する助触媒を生じ, 結果として, 有機n型半導体によるデュアルキャタリシスの発現を見いだした。 デュアルキャタリシスは、TiO2には備わっていない新しい触媒作⽤である。有機p-n接合体および助触媒の選定により、環境浄化⽤途の触媒として、適⽤範囲及び市場規模の拡⼤が期待される。
一級アルコールのみならず二級アルコールも効率的に酸化できる。空気酸化反応を行うことができる。
アルコールをカルボニル化合物へ酸化させる反応は、医薬品、農薬、香料、化成品等の高付加価値化合物を合成する際に用いられる最も基本的な反応の一つであり、膨大な研究のもとに幾多の優れた手法が開発されたきた。そのような背景の中、TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine N-oxyl)は、毒性の高い試薬や保護基を用いずに種々の共酸化剤を用いて0度から室温という極めて温和な条件下にアルコールを酸化させる環境調和型の触媒として注目を集め、試薬メーカー各社から販売されている。しかしながら、ＴＥＭＰＯを触媒としたアルコールの空気酸化反応が数多く検討されているものの、その触媒活性は未だ十分なものではなく、20 mol %以上の触媒量を必要する場合や、長い反応時間を必要とする場合も多く、収率低下の原因にもなる。更に、第２級アルコールや嵩高いアルコールなどは、ＴＥＭＰＯ酸化が適用できず合成ルートの変更を余儀なくされる。 本発明は、TEMPOに置き換わる新たな環境調和型の触媒としてAZADO骨格を有する新規アルコール酸化触媒を提供する。
貴金属を含有せず、優れた排ガス浄化性能を示す
従来、エンジンなどから排出される排ガスを大気中に放出する前に、排ガス中に含まれる有害ガスを浄化する触媒が用いられている。排ガス浄化触媒としては貴金属が広く用いられているが、貴金属は高価であるため、代替の金属触媒の開発が求められている。また、貴金属と非貴金属とを含有する多孔性金属を利用することが検討されている。しかし、非貴金属の多孔性金属は排ガス中の浄化性能が不十分であるという課題がある。 本発明によって、貴金属を含有しなくとも優れた排ガス浄化性能を示すことができる排ガス浄化触媒を提供することが可能になった。本発明の排ガス浄化触媒は、表面に複数の開気孔を有する多孔質金属粒子と、多孔質金属粒子よりも粒径の小さな微細金属粒子とを有していることを特徴とする。また、本発明は表面に複数の開気孔を有する多孔質金属粒子に、粒径の小さな微細金属粒子が担持されているため、表面積が大きくなる。 その結果、排ガスとの接触面積も大きくなり、反応性が高くなることが確認された。つまり本発明の排ガス浄化触媒は、貴金属を含有しなくとも優れた浄化性能で排ガス中の炭化水素等を浄化することができる。
暗所下でのヒドラジンの酸化が可能
光触媒は光照射下で酸化還元反応を誘起する材料である。特に、ダウンヒル反応（有害・汚染物質の酸化分解）に有効で、紫外光応答性の酸化チタン（TiO2）が既に実用化されている。しかし、TiO2光触媒技術は、太陽光スペクトルを踏まえると、対象が少量・低濃度物質に限定されており、暗所下では光照射下と同様の酸化分解処理は決して誘起されないという課題があった。 発明者は有機p-n接合体の光電極・光触媒として適用するための研究に取り組む中で、有機p-n接合体がチオールの酸化に対して, 暗所下でも触媒として作⽤(＝デュアルキャタリシス) することを⾒い出した［1］。さらに, 鋭意研究を進めた結果, 有機p-n接合体に助触媒を担持することにより、デュアルキャタリシスの対象をギ酸、過酸化水素、ヒドラジンに拡大することに成功した。 デュアルキャタリシスは、TiO2には備わっていない新しい触媒作⽤である。有機p-n接合体および助触媒の選定により、環境浄化⽤途の触媒として、適⽤範囲及び市場規模の拡⼤が期待される。
生産性向上、環境配慮、コスト削減を実現
tert-ブチルアルコール(TBA)等の第3級アルコールは、第1/2級アルコールに比べて、耐酸化性、ヒドロキシル基の反応性が高いという特色があるため、医薬・農薬・樹脂原料の出発原料として有用である。工業的プロセスの一つとして、イソブタンを高圧下/無触媒でラジカル酸化する方法があるが、このプロセスには高いエネルギー負荷と低い選択性という問題がある。その解決策として、水素存在下、金ナノ粒子触媒を用いた常圧での選択的酸化が報告されているが、この方法でも水素と酸素が共存するため、爆発の危険性が懸念されている。 発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、金を担持しない周期表第６～９族遷移金属酸化物を含有する固体触媒を用い、従来の水素の代わりに水を用いることにより、分子状酸素を酸化剤として、イソパラフィンを選択酸化して、対応する第３級アルコールを高い選択率、高い生産速度で製造できることを見出した。特に触媒としてCo3O4を用いた場合、生成物におけるTBAの選択性（STAB）が99%と非常に高いことを示した。
