大阪大學研究生院工程研究科化工領域/附屬太陽能化學研究中心白石康浩副教授、地黃雅將弘（碩士二年級學生）和平井隆之教授等人組成的研究團隊宣佈，開發出了一種含有間苯二酚甲醛（RF＠Nf）的光催化樹脂，能夠在太陽光照射下，生成就以水和氧爲原料的物質而言具有非常高生成活性的H₂O₂（過氧化氫）。H₂O₂是用作漂白劑和消毒劑的重要化學物質，同時還能作爲燃料電池發電的燃料，因此有望面向實施氫能社會，將其作爲能源載體而備受關注。該研究成果已發表在7月24日出版的國際學術期刊《JACS Au》上。
圖1 RF@Nf樹脂的合成原理（供圖：大阪大學）
此次，進一步改良了使用通用的聚合物Nafion（Nf）的RF樹脂。
Nf是一種由疏水性聚四氟乙烯骨架和帶有磺酸基團的親水性全氟己酮側鏈組成的兩親性聚合體，作爲燃料電池中的離子交換劑被廣泛利用。
在水中加入間苯二酚、甲醛和Nf分散液並進行高溫水熱處理（最高至250°C）後， Nf的疏水性骨架會融入射頻樹脂中，另一方面，親水性側鏈則形成向外延伸的結構。此時，由於親水骨架部分的靜電交互作用，RF樹脂的成長受到抑制。
RF樹脂由直徑達3μm的球狀顆粒組成，而RF@Nf則是由直徑只有0.3μm左右的小顆粒組成的連接結構。
當水懸浮在RF樹脂中，並在有氧氣存在的情況下接受光照射時，因水氧化和氧氣還原反應會產生H₂O₂，但同時H₂O₂也會被氧化或還原分解。
就此次生產的RF@Nf而言，由於樹脂粒子變小，比表面積增大，因此在促進生成H₂O₂的同時，透過摻雜Nf的疏水部分，樹脂表面變得疏水，所以生成的H₂O₂難以接近樹脂表面，從而變得難以分解。
與RF樹脂相比，RF@Nf樹脂可合成的H₂O₂溶液濃度是使用RF樹脂的 1.5 倍。這一濃度是迄今爲止所報導的粉末光觸媒中最大的H₂O₂濃度。
研究發現，使用通用的離子交換聚合物合成的無金屬觸媒對人工光合成型H₂O₂的生產非常有效。透過該方法，可以在需要使用H₂O₂溶液的地方輕鬆合成所需的劑量，實施按需合成。
白石副教授表示：「利用我們開發的觸媒，就有可能利用太陽能在常溫和常壓下以低成本從水和空氣中合成出過氧化氫（H₂O₂）溶液。雖然還存在產量方面的問題，但我們期待此次的研究成果能夠成爲向氫能源社會邁出的一步。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：JACS Au
論文：Nafion-Integrated Resorcinol-Formaldehyde Resin Photocatalysts for Solar Hydrogen-Peroxide Production
DOI：doi.org/10.1021/jacsau.3c00262
