研究成果

アルミニウム化合物による常温・常圧での水素分子活性化反応を発見 -安価で豊富な元素を用いた水素化反応触媒や水素貯蔵材料の開発に期待-


2016年09月05日


     笹森貴裕 化学研究所准教授、時任宣博 同教授、吾郷友宏 茨城大学准教授、松尾司 近畿大学准教授らの研究グループは、低酸化状態のアルミニウム化学種であるアルミニウム間二重結合化合物(ジアルメン)を用いて、常温・常圧の状態で水素分子を活性化し、水素化アルミニウム化合物を得ることに成功しました。

     本研究成果は、2016年8月16日に化学雑誌「Angewandte Chemie International Edition」電子版に掲載されました。

    研究者からのコメント

     今回の成果は、ありふれた元素であるアルミニウムが水素分子の結合を切断し、活性化する力を持つことを示したものです。今後は、アルミニウムによって活性化された水素を使った触媒的な有機合成反応や、アルミニウムを用いた水素吸蔵材料といった、アルミニウムと水素の相互作用を基盤とした化学技術の開発を目指します(吾郷)。

    概要

     水素をエネルギー源とした水素社会の実現が世界的に求められていますが、水素は石油などとは異なり常温・常圧では気体であるため、水素を大量かつ安全に貯蔵・運搬する技術の開発が重要となっています。

     水素貯蔵技術の一つとして、水素を可逆的に吸収・放出する水素吸蔵合金と呼ばれる金属材料の研究が盛んに進められているものの、効率的な水素吸蔵には希土類(レアアース)元素や貴金属といった希少・高価な金属元素が必要となっています。また、水素を化合物に導入する水素添加反応は、石油の接触改質、メタノール合成、アンモニア製造、医薬品合成など多方面で利用されていますが、これらの化学反応では反応性が低い水素分子を活性化するために、貴金属元素で構成される触媒が必須となっています。

     このような水素吸蔵材料や水素添加触媒に用いられる希少金属元素を、地殻に豊富に存在し環境調和性も高いユビキタス元素で代替できれば、元素資源の枯渇に起因するリスクを低減し、持続可能な循環型社会の構築に貢献できると考えられます。そうした背景から、希少元素代替戦略に基づいた研究において、鉄、ケイ素やアルミニウムといった豊富かつ低毒性のユビキタス元素が注目されてきましたが、アルミニウムを水素分子活性化反応に用いた例はほとんどありませんでした。

     今回の研究では、研究グループが開発した高反応性アルミニウム化合物の新規発生法を活用することで、室温・1気圧という穏和な条件で水素分子を活性化し、アルミニウムヒドリド化合物の合成に成功しました。

     

     

    図:アルミニウムヒドリド化合物の分子構造

    詳しい研究内容について

     

    書誌情報

    【DOI】
    http://dx.doi.org/10.1002/anie.201606684

    Koichi Nagata, Takahiro Murosaki, Tomohiro Agou, Takahiro Sasamori, Tsukasa Matsuo and Norihiro Tokitoh. (2016). Activation of Dihydrogen by Masked Doubly Bonded Aluminum Species. Angewandte Chemie International Edition, 55.


    アルミニウム化合物による常温・常圧での水素分子活性化反応を発見 -安価で豊富な元素を用いた水素化反応触媒や水素貯蔵材料の開発に期待-
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