シクロヘキサンの常温・常圧酸化により高選択的にナイロンの原料を合成

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太陽光を利用した半導体光電極で、高難度のC-H結合切断と選択反応を実現

2018/08/02 国立研究開発法人 産業技術総合研究所

ポイント

  • 光電気化学システムを用いて、常温・常圧下で高難度の有機合成反応を進行
  • 太陽光と酸素を用い、シクロヘキサンの酸化により高選択的(約99 %)にナイロン原料を合成
  • 太陽光エネルギーを利用した有用化学品合成という新分野へ貢献できる技術を開発

概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)太陽光発電研究センター【研究センター長 松原 浩司】 佐山 和弘 首席研究員、機能性材料チーム 三石 雄悟 主任研究員、舘野 拓之 産総研特別研究員らは、経済産業省の革新的なエネルギー技術の国際共同研究開発事業「太陽光による有用化学品合成」による支援を受け、酸化物の半導体光電極を用い、太陽光エネルギーを利用したシクロヘキサンの直接酸化によりナイロンなどの原料であるKAオイル(シクロヘキサノン+シクロヘキサノール)を常温・常圧下で高い選択性(約99 %)で合成する技術を開発した。半導体光電極は板状や膜状の半導体に導線を接続した電極で、光照射を受けて酸化還元反応を進行させる。今回開発した技術は、高付加価値の有用化学品を、太陽光エネルギーとわずかな電気エネルギーから合成できる技術であり、持続可能な社会への貢献が期待される。

なお、この技術の詳細は、ドイツの学術論文誌Angewandte Chemie International Editionに2018年7月30日(中央ヨーロッパ夏時間)にオンライン掲載された。また、8月8日に横浜で開催される国際会議The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)でも発表される。

概要図

太陽光エネルギーと酸化物光電極を用いたナイロン原料合成の模式図(左)と光電極の写真(右)

開発の社会的背景

近年、光触媒電極を用いて、無尽蔵な太陽光から水や炭酸ガスを原料として水素や簡単な有機物(燃料)を合成する研究が活発に行われている。太陽光エネルギーを直接利用した光電気化学的な化学品製造プロセスが高い効率と非常に低い電圧(外部電力)で実現できれば、大きな省エネ効果とCO2排出削減、低コスト化が期待できるため、有用な化学物質変換技術としての発展も期待されている。

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