均一・不均一系触媒化学の概念融合による協奏機能触媒の創成

研究概要

　■　研究概要

　触媒は、石油化学品や医農薬品の製造のため、またエネルギーや資源の有効利用のために必要不可欠のものである。現在の高い文明を維持しつつ地球環境に与える負荷を極力抑える科学・技術が強く求められる今日、これまでの均一系および不均一系触媒の化学は、社会と融和して複合的かつ学際的な学術に生まれ変わる必要がある。本領域では、従前の均一系や不均一系触媒の化学において個別に発展し培ってきた英知を協奏的に融合することで、原子・分子レベルで電子構造論や立体構造論と速度論に立脚したあらたな触媒概念である「協奏機能触媒化学」の創出をめざすとともに、協奏機能触媒を用いる高効率触媒反応プロセスの構築と社会の要請に柔軟に対応でき、安全で環境に負荷をかけない次世代の化学・技術基盤の確立をめざす。

　■　研究項目A01「分子機能触媒化学」

　有機金属化学と有機化学を基盤として分子性であることを特徴とする分子機能触媒の開発をめざす。現在の有機合成化学は自在に有機化合物を設計合成できるレベルにあり、金属錯体合成における膨大な知見と相まって触媒機能を合目的的に、自由自在につくり出すことが可能となっている。本研究グループは、自在な発想に基づいて実際に利用できる実用触媒プロセスの提供をめざし、そのための力量のある分子性機能触媒の開発を試みる。さらに研究項目A02-A04との協奏的融合における要として、協奏機能触媒の創成のために、積極的に他の研究班と連携し、刺激を与えることをも重大な課題とする

　■　研究項目A02班「多金属機能触媒化学」

　多核金属触媒活性点のもつ効率的多電子移動活性、機能分担、相乗効果等の特長を活かした触媒反応を開拓し、その触媒作用機構を明らかにすることで、新たな高機能触媒を創出する。目的とする反応に応じて最適な金属種の組み合わせ・幾何構造からなる多金属活性点触媒を設計し、分子レベルでの構造制御に基づいて、複数の同一金属種または異なる金属種から構成される多核金属活性点を有する新規触媒を開発する。さらに、他の研究班との連携をはかることで、均一系触媒反応における活性点構造と反応特性の解明や、不均一系固体触媒における多金属活性点の構造制御方法の開発および新規な不均一系触媒反応の開拓を行い「協奏機能触媒」の創出をめざす。

　■　研究項目A03「固体機能触媒化学」

　固体表面は組成、構造、電子状態などバルクのときとは異なる場合が多く、またそれらは温度や雰囲気といった外的要因によっても動的に変化する性質をもつため、表面特有の様々な触媒作用が発現する。本研究項目では、固体表面・界面の特性に注目し、表面・界面を分子レベルで設計・制御を試みる。即ち、不均一系触媒における“無機結晶性表面の原子配列や金属集団の形状、価数制御による触媒機能の発現”と、均一系触媒での“配位子の選択による中心金属種の活性・選択性の制御”というそれぞれの触媒設計指針を融合し、原子・分子レベルで精密設計された触媒表面の構築により機能集積型の協奏機能触媒の開発をめざす。さらに、他の研究班とも強い連係を保ちつつ協奏機能触媒の原理と制御因子を総合的に解明する。このような固体機能触媒を利用し、気相の小分子からバイオマスまで、幅広い反応物質に対応できる分子変換システムを構築し、環境やエネルギー・資源問題の解決に貢献する革新的な次世代“ものづくり”の技術基盤を確立する。

　■　研究項目A04「生体模倣機能触媒化学」

　生命の機能原理を抽出・応用し、生命機能を凌駕する生体模倣機能触媒化学の創成をめざす。生体模倣機能触媒の創成は、分子触媒（研究項目A01）や固体機能触媒（研究項目A03）の開発に多大に影響を与えるだけでなく、多金属機能触媒（研究項目A02）における金属の役割・作用機構の解析にも強く関連することから協奏機能触媒化学の共通学術基盤の確立に貢献する。生体触媒機能を範とし、選択性に優れかつ環境負荷の少ない触媒反応（例えば、水素、窒素、二酸化炭素、酸素、メタン、水などの小分子の穏やかな条件での触媒的活性化）の開発を命題とし、次世代の協奏機能触媒を創製する。