地球環境研究助成01-02

脱水素化触媒を活用した水素エネルギー利用促進の為の技術開発

代表研究者 京都大学 大学院人間･環境学研究科 教授　藤田　健一

【 研究目的 】

脱炭素社会の構築を目指すにあたり、水素エネルギーの有効活用が希求されており、水素の製造にかかわる新技術の開発が期待されている。本研究は、研究代表者がこれまでに開発してきた有機分子の触媒的脱水素化反応を格段に発展させ、高付加価値有機生成物と水素とを同時生産する新しい触媒反応系を構築することを目的として遂行した。

【 研究方法 】

本研究では主に、ジオール類の水溶液の触媒的な脱水素化反応によってジカルボン酸と水素とを効率的に同時に製造するための新規触媒系の開発に挑んだ。これは、入手が容易な有機原料の変換反応を活用し、高付加価値生成物と水素とを同時生産する新しい技術へと発展させる基礎を成すものである。

ページトップへ 【 研究成果 】

最初に、従来の研究成果を基盤とし、脱水素化反応において極めて高い触媒活性を発現するイリジウム錯体触媒の合成を行った。続いて、高活性錯体触媒の性能を最大限に発揮させるための反応条件を探索し、本研究遂行のための基礎的知見を得ることに成功した。 　続いて、上記で明らかとなった触媒反応条件の下、ジオール水溶液を原料とし、これを用いた触媒的脱水素化反応によって、ジカルボン酸を得る反応について調査した。その結果、合成化学的価値の高い、アジピン酸、セバシン酸ならびに、関連するジカルボン酸誘導体を高効率的に得た。 　本触媒系においては、目的生成物であるジカルボン酸以外に副生するのは、エネルギーとして利用価値のある水素だけであり、原子効率や経済性に優れた反応であると考えられる。

ページトップへ 【 まとめ 】

本研究では、ジオール水溶液を原料とし、その脱水素化反応によって、ジカルボン酸を得る新規触媒系の開発に成功した。全世界におけるジカルボン酸の生産量合計が数億トンレベルに達することを考慮すると、本触媒系の活用により、合成化学的価値の高い有機生成物を得るだけでなく、エネルギーとして活用される水素も同時に大量生産できる新法へと発展できる可能性がある。

ページトップへ 【 地球環境保全・温暖化防止への貢献・寄与 】

本研究で開発した触媒系は、有害な副生成物を生み出さず、二酸化炭素の排出もまったく無い。したがって、地球温暖化防止に貢献する新しい技術とみなすことができる。

ページトップへ 【 主な成果発表 】

(1) Toyooka, G.; Fujita, K., Synthesis of Dicarboxylic Acids from Aqueous Solutions of Diols Accompanied by the Evolution of Hydrogen Catalyzed by an Iridium Complex Bearing a Bipyridonate Ligand, ChemSusChem, 2020, 13, 3820-3824. (2) 豊岡源基, 藤田健一, 水素の発生を伴う水中でのジオールからのジカルボン酸合成, 第9回JACI/GSCシンポジウム, 2020年6月10日. (3) 豊岡源基, 藤田健一, ジオール水溶液の脱水素化によるジカルボン酸合成, クリーンエネルギー, 2020, 29(12), 20-24.