鐵在自然界中廣泛存在，具有廉價且低毒性的特點，是一種具有魅力的催化材料。然而，至今爲止的鐵觸媒存在在200攝氏度以下的溫和液相條件下的氫化反應中活性明顯較低的問題。同時，活性材料的鐵奈米顆粒很容易被反應系統中殘留的微量氧氣氧化而失去活性。由於這種低活性和不穩定性，鐵觸媒只能在需要高溫的氣相反應等非常有限的情況下被使用。
大阪大學研究生院基礎工學研究科的滿留敬人副教授等率領的研究團隊，合成了將由鐵和磷構成的磷化鐵奈米化到100奈米（奈米爲10億分之1米）以下的「磷化鐵奈米晶」。這種奈米晶是能夠在低於200度溫度液相反應條件下，參與工業上重要的腈類氫化反應並展現出了世界最高活性的鐵基固體觸媒。
研究團隊開發的磷化鐵奈米晶（a）和電子顯微鏡影像（b）。磷化鐵奈米晶具有縱向26奈米×橫向9奈米的六稜柱奈米棒構造。
並且研究團隊此次開發的磷化鐵奈米晶在大氣中穩定存在，所以易於使用和利於觸媒的改進。研究人員利用這一特點，將磷化鐵奈米晶與氧化鈦復合，使得催化活性得到了顯著提升。該觸媒能夠從各種腈類中，選擇性地合成作爲聚合體原料和醫藥中間體的重要一級胺類物質。此外，研究人員還證實，參與反應後的觸媒還可以很容易地從反應溶液中分離出來，並且在保持高活性的情況下被重複使用。
上述研究成果是世界上首個在液相氫化反應中展現出高活性、高耐久性的鐵觸媒的開發案例。由於不使用可能因蘊藏量匱乏或毒性而受侷限的稀有金屬，該案例展示了構建可持續性的新一代化學反應工藝的可能性。此外，由於這種磷化鐵奈米晶具有很高的氫化能力，因此將有望應用於面向碳中和的生質轉化和聚合物降解反應。（TEXT：橫井Manami）
原文：JSTnews 2023年12月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
