【連載】TECH-MAG 研究室レポート

この研究は、東京工業大学物質理工学院材料系の難波江裕太助教をグループのリーダーとして進めているものです。現在の自動車用燃料電池は、触媒に1台で20～30gほどの白金が使われていまが、高価な白金に代わる触媒の研究が行われています。代替触媒の中で期待されているのが、鉄とカーボンを使った触媒ですが、いまだ実用レベルの安定性は発揮できていません。

鉄とカーボンを混ぜることでできる構造が、触媒として優れていることは分かっているのですが、実はこれまでの作り方ではこの構造は偶発的にできるもので、構造自体もまばらだったのです。そこで、「優れた構造を偶然ではなく自分たちの手で生み出せるようになれば、高密度に優れた活性点を持つ触媒構造を狙って作れるのでは」と考えたのが、研究のスタートでした。

本研究で大山先生が担当されたのはどんなことですか？

私は触媒の「耐久性」を、放射光を使って調べました。燃料電池を動かすには、触媒の安定性が重要ですが、先ほどお話ししたように、鉄とカーボンからできる触媒は安定性が高くなく、触媒が劣化するのが問題でした。そこで放射光を使って触媒を解析したところ、鉄が構造を保てないことが劣化の原因だと判明しました。

そこで、鉄の構造を安定化するために、鉄原子の周りの環境を変えました。具体的に鉄原子を囲む環員数（原子が環状に結合した化合物の「環」を構成する原子の数を指す）が十四の鉄錯体を新たに作りました。従来のものは十六員環だったため、それよりもコンパクトな鉄錯体にしたのです。この十四員環鉄錯体を放射光分光で分析したところ、従来の鉄錯体よりも高い安定性があることを実証できました。

現在は、今回の十四員環構造をもとに新しい非白金触媒を実用化するための研究を進めております。最近の実験で、世界で最も優れているとされている非白金の触媒と同等、あるいは上回るところまできています。

研究者として世の中の役に立ちたい

なぜ触媒の研究に携わるようになったのでしょうか？

理系の分野は小さいころから好きで、大学で工学部に進んだのも理系の方が面白いと思ったからです。ただ、実は、研究室に入るまでは特に触媒の研究に強い興味があったわけではなく、そもそも大学院に進学して何かを本格的に研究するとは全く考えていませんでした。

その状況から触媒研究の道に進んだ理由は？

大学3年生のときに恩師に進路を相談したところ、とりあえず大学院に進んで研究してみなさいと指導されたのがきっかけです。指導されたとおりにしたら、触媒の研究に引き込まれていきました。はじめはちんぷんかんぷんなところからスタートしたのですが、実際に触媒を作って性能を評価して分析するということに取り組んでみると、触媒がどんな形でどのように動くのか知るのが面白いと感じました。分子や原子レベルで物事を見るというのが新鮮だったのかもしれません。それがきっかけで触媒の研究を続けていたら、いつの間にか今のようになったというわけです。

なんとなくで始まったことが今につながっているのですね。

そうですね。はじめから研究に対して興味を持っていたわけではなかったのですが、いざ研究に携わってみると、研究者として何か世の中の役に立ちたい、未来につながる何かがしたい気持ちが生まれました。だからこそ、これまで研究を続けてこられたのかもしれません。