粘土が化学反応を23倍も加速―触媒とは異なる反応加速手段に：物質･材料研究機構
(2023年3月22日発表)
(国)物質･材料研究機構とクイーンズランド大学の共同研究グループは3月22日、濃度を濃くしたり加温したりせず、また触媒も使わずに粘土だけで室温近傍で化学反応を加速できることを見出したと発表した。化学反応を加速する新しい手段になりそうだという。
化学反応を加速するには通常、反応系の温度や反応物質の濃度を上げたり、あるいは反応に必要なエネルギーを低くする触媒を用いたりする。しかし、温度を上げられない、濃度を上げられない、適当な触媒が見当たらない、といったケースも多く、そのような反応を効果的に加速する方法は知られていない。
研究グループは今回、ポルフィリン（POR）という環状有機色素分子が亜鉛イオンを取り込む反応を対象に、粘土である層状アルミノシリケート（LAS）の有無がこの反応に及ぼす影響を調べた。
その結果、PORを粘土表面に吸着させることでPORが亜鉛イオンを取り込む反応が23倍にも加速することを見出した。具体的には、PORと亜鉛イオンのモル比が1：20のとき、LASの添加により反応速度は23倍に達した。
原因を調べたところ、粘土の有無で活性化エネルギーはほとんど変わらず、粘土に触媒としての機能はないこと、一方で、PORと金属イオンの衝突頻度の尺度（頻度因子）が3桁程度増えること、また、分光測定結果などから粘土の表面に吸着したPORの外側面（吸着した粘土とは反対側）で負電荷が増大することが分かった。
これらのことから、POR分子表面の負電荷の増大が、陽イオンである金属イオンとの衝突を効率よく起こすことで反応の加速につながったと考えられるとしている。
今回見出された反応効率の増大は触媒反応とは異なるメカニズムによるものであり、これまで加速できなかった化学反応に導入できる可能性があるという。今後、難易度の高い、あるいは需要の高い化学反応で新機能の実現を目指し、実際の化学物質合成プロセスに組み込めるようにしたいとしている。
