Catalytic effect of metal hydroxide nanoparticle on uranyl reduction

ウラン還元における金属水酸化物ナノ粒子の触媒効果

北辻 章浩  ; 大内 和希  ; 音部 治幹  

Kitatsuji, Yoshihiro; Ouchi, Kazuki; Otobe, Haruyoshi

これまでに、U(IV)が水酸化物錯体を形成するような弱酸性溶液中における、U(V)からU(IV)への自触媒還元反応を報告してきた。本発表では、U(V)還元の反応機構に関する知見を得るため、Zr(IV)のような他の金属イオンの水酸化物粒子による触媒作用を調べた。一定の電位差ウラン溶液をバルク電解し、電解電流の変化を観測してUの還元挙動を調べた。Zr(IV)水酸化物粒子を共存させた場合、電解の初期からU(V)からU(IV)への還元電流が観測されたことから、U(IV)粒子が形成される前にZr(IV)粒子の触媒作用によりU(V)が還元されることが分かった。水溶液中でZr(IV)は酸化還元不活性であるため、U(V)の触媒還元において水酸化物粒子は反応場を与えるものの、電子授受には直接関与しないと考えられる。

Previously we reported the autocatalysis of the U(V) reduction to U(IV) in a weak acid solution where U(IV) forms hydroxide nano particles. Possibility of catalysis of other kinds of metal nano particle such as Zr(IV) hydroxide was investigated to elucidate the reaction mechanism of U(V) reduction. Reduction of U(VI) was observed by measuring the current during bulk electrolysis at the constant potential. In the case of the solution added Zr(IV) hydroxide, the larger reduction current of U(VI) was observed in initial stage of bulk electrolysis. This result indicates that U(VI) was reduced further to U(IV) with catalysis of Zr(IV) hydroxide particle without U(VI) hydroxide particle. It is well known that Zr(IV) is redox inactive. Thus, in the catalytic reduction of U(V) ion, the metal hydroxide particle does not participate directly in electron transfer. The metal hydroxide catalyst seems to provide reaction field to reduction of U(V).