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環境研究

新たな過酸化水素合成法とその利用法の開発

過酸化水素は、酸化反応に使用したときの廃棄物が水のみであるため、クリーンな酸化剤として注目されています。

  1. 新たな過酸化水素合成法
    環境負荷の大きい従来のアントラキノン法に代わる過酸化水素合成法として、空気中の酸素を原料に用い、太陽光をエネルギー源とした半導体光触媒によるクリーンな過酸化水素の合成法の開発を行なっています。現在、金ナノ粒子を担持した酸化チタンを用いることで、従来の10倍以上という高濃度の過酸化水素の合成を達成しています。
  2. 過酸化水素を利用した有機合成反応
    酸化剤として用いたときに実質的にゼロエミッションであるという特徴を活かし、環境負荷の小さい有機合成のための触媒を開発しています。これまで、アルコールからアルデヒドへの選択的な酸化に成功しています。
  3. 過酸化水素分解触媒
    過酸化水素の利用法が広がっていくと、同時に、その廃液に残っている微量の過酸化水素を安全にそして完全に分解処理する方法も重要になっていきます。また燃料電池において、電極の白金を他の金属に置き換えると過酸化水素が発生し、性能低下を引き起こすことが問題となっています。このため微量の過酸化水素の高速な分解触媒は燃料電池にも役立ちます。これまでの研究で、白金を越える速度で過酸化水素を分解できる触媒が得られています。
  4. 過酸化水素による環境浄化
    従来、シアン排水の処理は塩素系酸化剤で行なわれてきましたが、その残留塩素が問題となっています。このため過酸化水素を使ったシアンや有害有機物の分解は、環境負荷の小さい排水処理法として有用です。

可視光応答型光触媒の開発

循環型社会を形成し、CO2排出量を削減するためには、太陽光をエネルギー源とした光触媒の開発が重要となります。

  1. 新たな可視光応答型光触媒の開発
    さまざまな医薬品や化成品などの合成には、温和で選択性の高い酸化反応が重要になりますが、これまでは原料と同じ量の重金属含有試薬や爆発性試薬が必要であり、同量の有害廃棄物が出ていました。これに対し、空気中の酸素を使って太陽光により酸化反応を行えば、副生物は水のみであるため実質的にゼロエミッションとなります。そこで、金ナノ粒子の表面プラズモン共鳴を利用するという新しいタイプの可視光応答型光触媒を開発し、その温和な酸化力による有機合成反応を研究しています。
  2. 可視光応答型光触媒による環境浄化と有価金属の回収
    排水処理などこれまでの環境浄化には多量の薬品と多くのエネルギーが必要でした。これを可視光応答型光触媒により行なうことで、環境負荷を大幅に低減することが出来ます。また、日本は資源の少ない国といわれますが、都市鉱山という言葉があるように廃棄物中には多量のレアメタル(希少金属)等の資源が含まれています。このため、光触媒による排水処理と有価金属の回収は、循環型社会の実現に大きく貢献します。

論文

  1. "Two-Step Excitation-Driven Au−TiO2−CuO Three-Component Plasmonic Photocatalyst: Selective Aerobic Oxidation of Cyclohexylamine to Cyclohexanone "
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. C 2016, 120, 27989.
  2. "Electron Filtering by an Intervening ZnS Thin Film in the Gold Nanoparticle-Loaded CdS Plasmonic Photocatalyst"
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 5002.
  3. "Reaction Mechanism of the Multiple-Electron Oxygen Reduction Reaction on the Surfaces of Gold and Platinum Nanoparticles Loaded on Titanium(Ⅳ) Oxide "
    M. Teranishi, et al., J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 5002.
  4. "Gold-Nanoparticle-Loaded Carbonate-Modified Titanium(Ⅳ) Oxide Surface: Visible-Light-Driven Formation of Hydrogen Peroxide from Oxygen"
    M. Teranishi, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12773.
  5. "Size-Dependence of the Activity of Gold Nanoparticle-Loaded Titanium(Ⅳ) Oxide Plasmonic Photocatalyst for Water Oxidation"
    M. Teranishi, et al., ChemPhysChem 2016, 17, 2813.
  6. "Local Electric Field-Enhanced Plasmonic Photocatalyst: Formation of Ag Cluster-Incorporated AgBr Nanoparticles on TiO2"
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. C 2016, 120, 19663.
  7. "Fermi Level Control of Gold Nanoparticle by the Support: Activation of the Catalysis for Selective Aerobic Oxidation of Alcohols"
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. C 2016, 120, 12440.
  8. "Temperature- and pH-Dependence of Hydrogen Peroxide Formation from Molecular Oxygen by Gold Nanoparticle-Loaded Titanium(Ⅳ) Oxide Photocatalyst"
    M. Teranishi, et al., J. Phys. Chem. C 2016, 120, 1083.
  9. "Mechanism of the Multiple-Electron Oxygen Reduction Reaction in the Presence of the Binuclear Cu(acac)2 Complex "
    M. Teranishi, et al., ChemPhysChem 2015, 16, 3392.
  10. "Room-temperature selective oxidation of 2-naphthol to BINOL using a Au/SrTiO3–H2O2 catalytic system"
    S. Naya, et al., Chem. Commun. 2015, 51, 17669.
  11. "A new bimetallic plasmonic photocatalyst consisting of gold(core)-copper(shell) nanoparticle and titanium(IV) oxide support"
    S. Naya, et al., APL Mater. 2015, 3, 104502.
  12. "A bi-overlayer type plasmonic photocatalyst consisting of mesoporous Au/TiO2 and CuO/SnO2 films separately coated on FTO"
    S. Naya, et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 18004.
  13. "Rapid removal and decomposition of gaseous acetaldehyde by the thermo- and photo-catalysis of gold nanoparticle-loaded anatase titanium(IV) oxide"
    S. Naya, et al., J. Coll. Int. Sci. 2015, 456, 161.
  14. "Visible Light-Driven Selective Aerobic Oxidation of Benzylalcohols to Benzaldehydes by a Cu(acac)2‑BiVO4‑Admicelle Three-Component Heterosupramolecular Photocatalyst"
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. C 2015, 119, 11771.
  15. “Rapid removal and subsequent low-temperature mineralization of gaseous acetaldehyde by the dual thermocatalysis of gold nanoparticle-loaded titanium(IV) oxide”
    S. Naya, et al., J.Catal. 2015, 326, 9.
  16. “Highly Active Supported Plasmonic Photocatalyst Consisting of Gold Nanoparticle-Loaded Mesoporous Titanium(IV) Oxide Overlayer and Conducting Substrate”
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. C 2014, 118, 26887.
  17. “Multi-Electron Oxygen Reduction by a Hybrid Visible-Light-Photocatalyst Consisting of Metal-Oxide Semiconductor and Self-Assembled Biomimetic Complex”
    S. Naya, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13894.
  18. “Visible-Light-Induced Electron Transport from Small to Large Nanoparticles in Bimodal Gold Nanoparticle-Loaded Titanium(IV) Oxide”
    S. Naya, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7305.
  19. “Rapid and Complete Removal of Nonylphenol by Gold Nanoparticle/Rutile Titanium(IV) Oxide Plasmon Photocatalyst”
    S. Naya, et al., ACS Catal. 2013, 3, 903.
  20. “One-Step Selective Aerobic Oxidation of Amines to Imines by Gold Nanoparticle-Loaded Rutile Titanium(IV) Oxide Plasmon Photocatalyst”
    S. Naya, et al., ACS Catal. 2013, 3, 10.
  21. “In situ room temperature synthesis of a polyaniline–gold–titanium(IV) dioxide heteronanojunction system”
    S. Naya, et al., Chem. Commun. 2013, 49, 520.
  22. “TiO2 Crystal Form-Dependence of the Au/TiO2 Plasmon Photocatalyst’s Activity”
    S. Naya, et al., J. Phys. Chem. C 2012, 116, 7111.
  23. “Visible-Light Activity Enhancement of Gold-Nanoparticle-Loaded Titanium(Ⅳ) Dioxide by Preferential Excitation of Localized Surface Plasmon Resonance”
    S. Naya, et al., ChemPhysChem 2011, 12, 2719.
  24. “Visible-Light-Driven Copper Acetylacetonate Decomposition by BiVO4”
    S. Naya, et al., Langmuir 2011, 27, 10334.
  25. “A strong support-effect on the catalytic activity of gold nanoparticles for hydrogen peroxide decomposition”
    S. Naya, et al., Chem. Commun.2011, 47, 3230.
  26. “In situ liquid phase synthesis of hydrogen peroxide from molecular oxygen using gold nanoparticle-loaded titanium(Ⅳ) dioxide photocatalyst”
    M. Teranishi, et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7850.
  27. “Self-assembled heterosupramolecular visible light photocatalyst consisting of gold nanoparticle-loaded titanium(Ⅳ) dioxide and surfactant”
    S. Naya, et al., J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6292.
  28. “Light wavelength-switchable photocatalytic reaction by gold nanoparticle-loaded titanium(Ⅳ) dioxide”
    S. Naya, et al., Chem. Commun. 2010, 46, 815.
  29. “Rational design and applications of highly efficient reaction systems photocatalyzed by noble metal nanoparticle-loaded titanium(Ⅳ) dioxide”
    H. Tada, T. Kiyonaga, S. Naya, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1849.

学会発表

  1. “アルコール選択酸化のためのフェルミ準位制御による金ナノ粒子の熱触媒活性向上”
    第119回触媒討論会, 2017年3月, 東京
  2. “金ナノ粒子(コア)-硫化カドミウム(シェル)ハーフカットナノエッグ型プラズモニック光触媒によるソーラー水素合成に対する高活性化”
    第67回コロイドおよび界面討論会, 2016年9月, 北海道
  3. “Solar hydrogen generation by a Au(core)-CdS(shell) half-cut nano egg type plasmonic photocatalyst”
    第21回 太陽光エネルギーの光化学的変換と貯蔵に関する国際学会, 2016年7月, ロシア、サンクトペテルブルグ
  4. “Highly Activation of Gold Nanoparticle-Loaded Titanium(Ⅳ) Oxide Plasmonic Photocatalyst by Enhancing Charge Separation”
    2nd Annual World Congress of Smart Materials-2016, 2016年3月, シンガポール
  5. “Au/TiO2ナノロッドを基本単位とする2次元および3次元構造体の作製とプラズモニック光触媒への応用”
    材料技術研究協議会討論会, 2015年11月, 大阪
  6. “酸化チタン光触媒によるエタノールからアセトアルデヒドへの気相選択的酸化反応における結晶形の影響”
    第116回触媒討論会, 2015年9月, 三重
  7. “Au/TiO2-CuO/SnO2ダブル多孔質薄膜型固定化プラズモニック光触媒”
    第66回コロイドおよび界面討論会, 2015年9月, 鹿児島
  8. “バナジン酸ビスマスと生体模倣型銅二核錯体からなるハイブリッド可視光光触媒によるアルコール類の選択的酸化反応”
    第115回触媒討論会, 2015年3月, 東京
  9. “バイモーダル金ナノ粒子担持酸化チタンにおける可視光誘導電子輸送とそのアゾベンゼン一段階合成への応用”
    第114回触媒討論会, 2014年9月, 広島
  10. “フッ素ドープ酸化スズ上に形成した金ナノ粒子担持酸化チタン多孔質薄膜における可視光誘導長距離電荷分離”
    第20回 太陽光エネルギーの光化学的変換と貯蔵に関する国際学会, 2014年8月, ドイツ、ベルリン
  11. “界面活性剤/金ナノ粒子担持酸化チタン系ヘテロ超分子プラズモン光触媒によるフェノール類高速分解”
    第64回コロイドおよび界面化学討論会, 2013年9月, 愛知
  12. “金ナノ粒子担持金属酸化物プラズモン光触媒を用いたイミン類の一段階選択的合成”
    第111回触媒討論会, 2013年3月, 大阪
  13. “Amine Oxidation by Au/TiO2 Plasmon Photocatalyst” 6 th International Conference on Gold Science and Technology and Its Applications (GOLD 2012), 2012年9月, Tokyo.
  14. “金ナノ粒子担持酸化チタン光触媒活性の酸化チタン結晶形依存性:紫外光 vs. 可視光”
    光触媒第18回シンポジウム, 2011年12月, 東京
  15. “金ナノ粒子担持酸化チタンと界面活性剤からなる自己集積型ヘテロ超分子可視光応答型光触媒”
    電気化学会第78回大会, 2011年3月, 神奈川
  16. “銅イオン-バナジン酸ビスマス系可視光誘導光触媒反応”
    電気化学会第78回大会, 2011年3月, 神奈川
  17. “Photoinduced polymerization of aniline on titanium(Ⅳ) dioxide surface”International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science (NCSS2010) 2010年9月, 千葉
  18. “Visible light-Induced decomposition of copper complex by gold nanoparticle-loaded bismuth vanadate”International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science (NCSS2010) 2010年9月, 千葉
  19. “酸化チタン光触媒の酸素還元による過酸化水素合成における金ナノ粒子担持効果”
    2009年度色材研究発表会, 2009年10月, 大阪
  20. “Au/TiO2表面プラズモン励起可視光光触媒によるアルコールの部分酸化反応”
    2009年度色材研究発表会, 2009年10月, 大阪

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