触媒反応には高温が必要

身の回りのエネルギーや燃料、化学製品を作るために、様々な化学反応が行われています。化学反応を進めるためには、反応する分子同士が出会うことに加えて、結合を切ったり作ったりするためのエネルギーを与える必要があります。

そのため、従来の触媒反応では、しばしば“高温”条件を必要とし、分子や触媒を外部から加熱することで分子を活性化し、ランダムに動き回る活性化された分子同士が触媒表面で偶然出会うのを待つしかありません。

電子の力で、常温～100度台でも反応が進行

このような触媒反応を低温（少ないエネルギー）で進めるためには、熱以外の外部エネルギーを用い、分子の“活性化”と“出会い”を自在に制御できる新しい反応場が必要です。

そこで用いたのが「電場触媒反応場」です。電場触媒反応場とは、固体触媒に微弱な電流が流れるように電圧を印加しながら触媒反応を行うもので、従来500度以上の高温を必要とした化学反応が、常温～100度台という著しく低温化した条件でも進行するようになります。

新たな反応場には新たな触媒が必要

この反応場では、例えば水素分子はプロトン（水素イオン）と電子に分かれ、電位勾配に沿って触媒表面を移動し、その過程で他の分子と衝突することで反応が起こります。プロトンと電子は反応性の高い化学種であり、二酸化炭素のような安定な分子とも低温で容易に反応します。つまり、電場触媒反応場とは、電気の力で、分子の“活性化”と“出会い”を制御しているとも言えます。

現在は、この反応場で有効に働く触媒材料を創り出すことで、多様な化学反応を低温で進めることを目指して研究しています。