大阪大学研究生院工程研究科化工领域/附属太阳能化学研究中心白石康浩副教授、地黄雅将弘（硕士二年级学生）和平井隆之教授等人组成的研究团队宣布，开发出了一种含有间苯二酚甲醛（RF＠Nf）的光催化树脂，能够在太阳光照射下，生成就以水和氧为原料的物质而言具有非常高生成活性的H₂O₂（过氧化氢）。H₂O₂是用作漂白剂和消毒剂的重要化学物质，同时还能作为燃料电池发电的燃料，因此有望面向实现氢能社会，将其作为能源载体而备受关注。该研究成果已发表在7月24日出版的国际学术期刊《JACS Au》上。
图1 RF@Nf树脂的合成原理（供图：大阪大学）
此次，进一步改良了使用通用高分子Nafion（Nf）的RF树脂。
Nf是一种由疏水性聚四氟乙烯骨架和带有磺酸基团的亲水性全氟己酮侧链组成的两亲性聚合物，作为燃料电池中的离子交换膜被广泛利用。
在水中加入间苯二酚、甲醛和Nf分散液并进行高温水热处理（最高至250°C）后， Nf的疏水性骨架会融入射频树脂中，另一方面，亲水性侧链则形成向外延伸的结构。此时，由于亲水骨架部分的静电作用，RF树脂的生长受到抑制。
RF树脂由直径达3μm的球状颗粒组成，而RF@Nf则是由直径只有0.3μm左右的小颗粒组成的连接结构。
当水悬浮在RF树脂中，并在有氧气存在的情况下接受光照射时，因水氧化和氧气还原反应会产生H₂O₂，但同时H₂O₂也会被氧化或还原分解。
就此次生产的RF@Nf而言，由于树脂粒子变小，比表面积增大，因此在促进生成H₂O₂的同时，通过掺入Nf的疏水部分，树脂表面变得疏水，所以生成的H₂O₂难以接近树脂表面，从而变得难以分解。
与RF树脂相比，RF@Nf树脂可合成的H₂O₂溶液浓度是使用RF树脂的 1.5 倍。这一浓度是迄今为止所报道的粉末光催化剂中最大的H₂O₂浓度。
研究发现，使用通用离子交换高分子合成的无金属催化剂对人工光合成型H₂O₂的生产非常有效。通过该方法，可以在需要使用H₂O₂溶液的地方轻松合成所需的剂量，实现按需合成。
白石副教授表示：“利用我们开发的催化剂，就有可能利用太阳能在常温和常压下以低成本从水和空气中合成出过氧化氢（H₂O₂）溶液。虽然还存在产量方面的问题，但我们期待此次的研究成果能够成为向氢能源社会迈出的一步。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：JACS Au
论文：Nafion-Integrated Resorcinol-Formaldehyde Resin Photocatalysts for Solar Hydrogen-Peroxide Production
DOI：doi.org/10.1021/jacsau.3c00262
