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» 2023年10月19日 11時00分 公開

鉄を用いた高活性、高耐久性の液相水素化用触媒を開発材料技術

大阪大学は、自然界で潤沢に存在し、安価で低毒性の鉄を用いた高活性、高耐久性の液相水素化用触媒の開発に成功した。希少金属を使用しない、持続可能な化学反応プロセスの構築が期待できる。

[MONOist]

 大阪大学は2023年9月28日、鉄を用いた高活性、高耐久性の液相水素化用触媒の開発に成功したと発表した。

 同大学の研究グループは、リン化鉄をナノ化したリン化鉄ナノ粒子(Fe2P NC)を独自手法で合成し、Fe2P NCが化学工業で重要なニトリルの水素化反応で高活性の固体触媒になることを発見した。

 従来のリン化していない鉄ナノ粒子触媒(Fe NP/TiO2)は、同反応にほぼ活性を示さない。一方、Fe2P NCは活性を示す。加えて、Fe2P NCは、大気に安定しており取り扱いが容易で、触媒の改良がしやすい。

 この特性を活用し、Fe2P NCをTiO2(酸化チタン)と複合化すると、Fe2P NCの水素化能が大幅に向上することが分かった。こうして得られたFe2P NC/TiO2触媒は、温和な条件下で、さまざまな種類のニトリルを水素化し、選択的に1級アミンに変換できる。使用後の触媒は遠心分離で溶液から容易に分離できるため、高活性を保ったまま再使用が可能となる。

キャプション (a)開発したリン化鉄ナノ粒子(Fe2P NC)、(b)Fe2P NCの電子顕微鏡像(Fe2P NCは26×9nmの六角柱のナノロッド構造を有する[クリックで拡大] 出所:大阪大学
キャプション (a)従来の鉄触媒(Fe NP/TiO2)と今回開発したリン化鉄触媒(Fe2P NC)のニトリルの水素化反応における活性比較、(b)Fe2P NC/TiO2を用いたニトリルの水素化反応による1級アミンの合成[クリックで拡大] 出所:大阪大学

 鉄は、遷移金属の中でも地殻中に最も多く存在し、他の金属に比べて安価で低毒性だ。高活性かつ高耐久性の鉄触媒を開発したことで、多くの化学反応プロセスで使用されている枯渇や毒性の問題がある希少金属を、鉄で代替できる可能性が示された。

 今回開発した鉄触媒は、高い水素化能も有するため、カーボンニュートラルを意識したバイオマス変換やポリマー分解反応への応用も考えられる。今後は、非酸化物系鉄ナノ化合物がさまざまな機能創出につながる可能性もある。

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