現在実用化されている水素化触媒には、1kg当たり100万円以上もするレアメタルのパラジウムが大量に使用されています。パラジウムは資源保有国が限られ戦略物質として扱われるため、価格の急騰を招いています。した背景から、触媒材料としてレアメタルを使用せず、安価でかつ効率のよい代替触媒を開発することが求められています。共同研究グループは、パラジウムの代替となる触媒材料として1kg当たり100円以下と安価で豊富にある「鉄」に注目し、効率的のよい鉄触媒を開発するために、ポリスチレン-ポリエチレングリコール樹脂にナノ粒子の鉄を付着することを検討しました。ポリスチレン-ポリエチレングリコール樹脂は、直径0.09mmの球状の不溶性プラスチックで、水にも有機溶媒にも溶けませんが、水や有機溶媒をスポンジのように吸収する性質があります。ポリスチレン-ポリエチレングリコール樹脂は、安全な水を反応溶媒として利用できることから、これまでに魚住らは、この樹脂にナノ粒子のパラジウム、ナノ粒子の白金を付着させた触媒を開発してきており、その触媒開発法を鉄のナノ粒子付着に応用しました。その結果、180°Cの高温条件のもと、ポリスチレン-ポリエチレングリコール樹脂に平均粒径5nmのナノ粒子の鉄を付着させた鉄触媒の開発に成功しました(図1)。共同研究グループは、開発した鉄触媒の性能を評価しました。この触媒をフロー型反応装置に充填させ(図2)、そこに石油化学製品の製造に必要となるさまざまなアルケン、アルキンのエタノール溶液と水素を流し入れ、水素化反応をさせました(図3)。その結果、1分以下で水素化反応が進行し、石油化学工業の原料物質として広く利用されるアルカンが効率よく生成され、最高で100%の生成率を達成し、従来法に比べて迅速かつ高効率の性能を示しました。この鉄触媒は、従来問題となっていた、酸素や水で触媒活性が低下するということもなく、さらに、エタノールやエタノール水混合溶媒など毒性の低いアルコールを反応溶媒として用いることができ、安全性も向上できる可能性を見いだしました。今後は、基礎研究を継続して安定性・耐久性を高めた鉄触媒の開発を行っていきます。プラントの実現への貢献が期待できます。水素ガスを還元剤として化合物に対して水素原子を付加する還元反応を水素化と呼び、その反応を起こすために用いる触媒を水素化触媒と呼ぶ。粒の1つ1つが、鉄粒子を付着させたポリスチレン-ポリエチレングリコール樹脂で、その直径は約90μm。アルケン、アルキンの水素化反応アルケンやアルキンに水素原子を導入し、アルカンが生成する反応。