メタン活性化触媒の開発とその反応活性の検証

• 研究課題/領域番号: 16K06982
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 茨城工業高等専門学校
• 研究代表者: 依田 英介 茨城工業高等専門学校, 国際創造工学科, 准教授 (70377589)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: メタン解離 / 有機カチオン / 固体酸触媒 / 有機カチオン交換固体触媒 / 赤外分光法 / メタン活性化 / 有機カチオン交換ゼオライト / 触媒・化学プロセス / エネルギー全般

研究成果の概要

メタンは、資源量が比較的豊富であるが、化学的に安定なため、有用な化学物質に変換するのが難しい。本研究では、固体酸触媒と有機カチオンを組み合わせた触媒を開発し、それらがメタンを活性化できるかどうかを検証した。開発した触媒にメタンを吸着させて赤外分光法により直接観測したところ、メタンのC-H結合が切断され、メタンが反応していることが明らかになった。また、メタンよりも反応が起こりやすい物質を用いたテストリアクションが進行したことから、開発した触媒がメタン活性化に有効である可能性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

メタンは、これまで金属を主とした触媒により有用な物質へ変換されてきたが、反応の際に高温が必要で副反応が起きやすかった。本研究で開発した触媒では、室温以下でもメタンのC-H結合が解離することが赤外分光法により観測された。これまでにない全く新しいコンセプトの触媒でメタンが活性化できることを示したことは、学術的にも興味深い。また、メタンは天然ガスやシェールガスの主成分であり、資源量が豊富である。そのメタンを有用な化学物質に変換するための触媒開発のブレイクスルーとなりうる本研究の成果は、エネルギー・資源問題の面からも意義がある。