東京大學研究生院工學系研究科的野崎京子教授與Pal特任教授等人發現，利用硼作爲觸媒，便能在室溫下進行連接一氧化碳形成烴鏈（石油成分）的反應。也就是說，透過使具備氫-硼鍵的物質共存，一氧化碳會連續插入碳-硼鍵中，形成烴鏈（石油成分）。該反應是FT法的關鍵步驟。FT法（費託合成法）是透過合成氣（一氧化碳與氫的混合物）形成烴鏈的反應，用於合成人造石油。目前以鐵和鈷等重金屬爲觸媒，在高溫高壓的反應條件下進行合成。
合成氣現在主要利用煤炭或天然氣來生產，也可以利用二氧化碳和氫製造，利用此次的研究成果開發的高效FT法有望應用於利用二氧化碳製造石油的工藝。
FT法利用合成氣（一氧化碳和氫的混合物）製造代替石油的合成油，最初是1920年代在德國開發出來的。合成氣一般以煤炭、天然氣和水爲原料製造（圖1）。這樣獲得的人造石油不含天然石油含有的硫等雜質，因此不會引起酸性降水等問題。最近，隨着2000年代開始的頁岩氣革命，美國能夠獲得大量的天然氣，FT法作爲其利用方法被重新審視。另外，如果能利用再生能源輕鬆獲得氫，那麼使用二氧化碳和氫也能製備合成氣，因此FT法作爲利用二氧化碳製造人造石油的關鍵技術備受關注。
圖1：利用FT法製造人造石油的原理
目前FT法的觸媒一般使用鐵和鈷等重金屬，而且還還需要高溫高壓等反應條件（最低也要達到200℃以上），因此能源消耗量較大，需要進一步提高效率。此次，東京大學野崎研究室（Phanopoulos博士、Pal特任助教、川上博士、野崎教授）發現，不使用任何重金屬就能實施FT法的關鍵反應，使用硼（石頭成分）代替重金屬，可在室溫下實施碳鏈延伸（圖1）。由於還原劑使用氫化硼而不是氫，因此目前還無法完全取代FT法的觸媒（圖2），但此次的發現爲設計全新的觸媒指明瞭方向，今後有望加速推進旨在實施永續發展工藝的研究。
圖2：在存在氫化硼的情況下，多個一氧化碳插入烷基硼中，觀察到烷基鏈延伸。
論文資訊
題目：Heavy Metal-Free Fischer-Tropsch Type Reaction: SequentialHomologation of Alkylborane Using a Combination of CO and Hydrides as Methylene Source
期刊：Journal of the American Chemical Society
URL：pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06580
文：JST客觀日本編輯部
