― 高性能な六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子触媒を開発 ―
（鎌田慶吾教授、和知慶樹特任助教）
室温に近い温度でスルフィドからスルホンを選択的に合成
― 高性能な六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子触媒を開発 ―
（鎌田慶吾教授、和知慶樹特任助教）
Science Tokyoニュース 2025年04月07日
東京科学大学（Science Tokyo）総合研究院 フロンティア材料研究所の鎌田慶吾教授と和知慶樹特任助教、東北大学 金属材料研究所の熊谷悠教授らの研究チームは、マンガン（Mn）、ストロンチウム（Sr）、ルテニウム（Ru）を組み合わせたペロブスカイト酸化物が、酸素分子（O2）のみを酸素源として、硫黄化合物であるスルフィドを有用なスルホンへと効率的に変換できることを発見しました。
酸素分子を酸化剤とするスルフィド酸化は高難度反応の一つであり、新しい固体触媒の設計と開発が切望されていました。特に、スルフィドからスルホンへの酸化では、酸素分子を触媒表面で活性化し、スルフィドの硫黄原子へ二つの酸素原子を効率的に移動させる必要があります。従来の触媒では、スルホンを選択的に合成するためには80℃から150℃程度の高温や多量の貴金属を必要とすることが課題でした。
本研究では、面共有酸素構造を持つ六方晶ペロブスカイトSrMnO3に着目し、Ruを少量添加（ドープ）したナノ粒子触媒（SrMn1−xRuxO3）を設計しました。その結果、本触媒は室温に近い30℃でスルフィドを選択的にスルホンへと酸化することを見出しました。Ruをわずか1%ドープしただけでも触媒性能が飛躍的に向上するため、貴金属の使用量を大幅に削減することに成功しました。また、実験化学と第一原理計算[用語5]を駆使したアプローチによって、RuドープがMnを架橋する面共有酸素の反応性を増大させ、高効率なスルフィド酸化を実現する反応メカニズムを明らかにしました。本研究は、結晶構造の制御と多元素化の組み合わせにより、高性能な酸化物触媒を設計するための重要な指針を示します。
本研究成果は、4月3日付で米国Wiley社「Advanced Functional Materials」に掲載されました。
詳細は、Science Tokyoニュースをご覧ください。
【論文情報】
掲載誌 : Advanced Functional Materials
論文タイトル: Oxygen Defect Engineering of Hexagonal Perovskite Oxides to Boost Catalytic Performance for Aerobic Oxidation of Sulfides to Sulfones
著者 : Keiju Wachi*, Masashi Makizawa, Takeshi Aihara, Shin Kiyohara, Yu Kumagai, Keigo Kamata*
DOI : 10.1002/adfm.202425452
