金属錯体分子に着目、いろいろな結晶を作る

脱化石燃料のために、水と二酸化炭素を電気を利用して還元し、メタンやプラスティックなどの原料とする研究が世界中で行われています。メタンは都市ガスの主成分であり、CO₂から作ったメタンは現存のガスラインで供給可能で燃料ガスとして利用することができます。自然エネルギー発電が多い国では実用化が進んでいますが、日本では電気代が高いので、省エネルギー化が必要です。

そのための触媒を開発するために、金属と有機物が結合した金属錯体分子に着目して、その触媒活性向上を目的に金属錯体分子のいろいろな結晶を作り、結晶中の錯体分子の並び方をコントロールしています。

錯体分子の並びが触媒活性を左右する

同じ金属錯体分子でも、分子結晶の種類によって分子配列が異なり、分子に含まれる金属間距離も結晶の種類に依存しています。金属錯体上の触媒反応では金属が反応活性点であることが多く、その距離は触媒活性を大きく左右します。そこで、高活性な触媒とするために様々な金属錯体の分子結晶を作って、水と二酸化炭素に電気を通して生成物を調べています。また、目的の電気を使っての反応条件では貴金属以外のほとんどの金属が溶けますが、金属錯体とすることで溶けるのを防ぐことができます。

電気的抵抗を減らし、少ない電力で反応

触媒として貴金属以外の安い金属が使えるようにコストを下げることも実用化には必要な課題です。しかし、金属錯体の多くは金属より電気を通しにくいものが多く、電気を使った電気化学反応の触媒としては必要な電力を大きくする原因となるので、導電性の改善が必要です。私たちの研究室では貴金属と同じくらい電気を通す金属錯体結晶を作ることに成功し、この問題を克服しました。

初めは、水と二酸化炭素から都市ガス成分のメタンを作ることが目的でしたが、錯体分子によっては水素ばかり生成する触媒が得られたので、水素生成触媒開発が研究目的の一つに加わりました。