研究 (Research)
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貴金属依存からの脱却～ユビキタス金属触媒による物質変換～ (Beyond precious metals: Redefining catalysis with ubiquitous metals)
准教授 満留 敬人 (基礎工学研究科 物質創成専攻) MITSUDOME Takato (Graduate School of Engineering Science)
研究の概要
持続可能な社会の実現に向け、貴金属や希少金属への依存から脱却し、地球上に豊富に存在する金属を基盤技術とした化学産業へ転換を図る技術革新は、現代社会が直面する最重要課題の一つである。
本研究では、その解決策として鉄リン化物ナノ結晶（Fe₂P NC）を基盤に、鉄触媒の低活性や酸化失活という根本的課題を克服することに成功した。Fe₂P NC はニトリルの水素化反応において従来の鉄触媒を大幅に凌駕する高い性能を発揮し、優れた耐久性も実現した。
本研究は、非貴金属触媒における活性と安定性の両立を達成し、新たな触媒設計指針を提案するものであり、その成果は応用範囲の大幅な拡張を可能にするとともに、持続可能な化学プロセスの基盤構築に大きく貢献する。
研究の背景と結果
鉄は地球上で豊富に存在する金属であり、低コストかつ低毒性の資源として注目される一方、触媒活性の低さと酸化失活による低耐久性が長らく課題となってきた。
本研究では、この問題を解決するために、鉄リン化物ナノ粒子（Fe₂P NC）を液相熱分解法で合成し、酸化耐性と触媒活性の両立を実現した。Fe₂P NC はニトリルの水素化反応において、従来の鉄触媒を大きく上回る性能を示し、温和な条件下で高い選択性と耐久性を示した。さらに、Fe₂P NC の大気安定性により、多様な金属酸化物との複合化が可能となり、その結果、触媒性能がさらに向上した。特に、TiO2との複合化により、大幅な活性向上を達成し、再使用実験でも高い活性を維持することが確認された。また、従来の触媒設計では不可欠だった酸素遮断環境や高温での事前処理が不要となり、触媒プロセスの簡略化と効率化が達成された。
これらの成果は、非貴金属触媒における新たな設計指針を提案するとともに、鉄触媒の応用範囲を大幅に拡張するものである。本研究により、鉄触媒が持つ潜在的可能性を引き出し、持続可能な化学プロセスを支える基盤を提供した。
研究の意義と将来展望
本研究は、ユビキタス元素である鉄を基盤に、貴金属依存型技術からの脱却を目指したものである。得られた触媒はエネルギー効率やコストの大幅な改善が期待されるだけでなく、環境負荷を低減し、持続可能な社会に向けた次世代触媒の道を拓くものである。今後は、医薬品中間体の合成や環境調和型プロセスへの応用を進め、その実用化をさらに推進する予定である。
担当研究者
准教授 満留 敬人 (基礎工学研究科 物質創成専攻)
キーワード
触媒／グリーンケミストリ―／ナノ粒子／非貴金属
応用分野
エネルギーデバイス、光学デバイス、センサー
参考URL
https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2023/20230928_1
https://researchmap.jp/read0107411