铁在自然界中广泛存在，具有廉价且低毒性的特点，是一种具有魅力的催化材料。然而，至今为止的铁催化剂存在在200摄氏度以下的温和液相条件下的加氢反应中活性明显较低的问题。同时，活性物质的铁纳米颗粒很容易被反应系统中残留的微量氧气氧化而失去活性。由于这种低活性和不稳定性，铁催化剂只能在需要高温的气相反应等非常有限的情况下被使用。
大阪大学研究生院基础工学研究科的满留敬人副教授等率领的研究团队，合成了将由铁和磷构成的磷化铁纳米化到100纳米（纳米为10亿分之1米）以下的“磷化铁纳米晶体”。这种纳米晶体是能够在低于200度温度液相反应条件下，参与工业上重要的腈类加氢反应并展现出了世界最高活性的铁基固体催化剂。
研究团队开发的磷化铁纳米晶体（a）和电子显微镜图像（b）。磷化铁纳米晶体具有纵向26纳米×横向9纳米的六棱柱纳米棒构造。
并且研究团队此次开发的磷化铁纳米晶体在大气中稳定存在，所以易于使用和利于催化剂的改进。研究人员利用这一特点，将磷化铁纳米晶体与氧化钛复合，使得催化活性得到了显著提升。该催化剂能够从各种腈类中，选择性地合成作为聚合物原料和医药中间体的重要一级胺类物质。此外，研究人员还证实，参与反应后的催化剂还可以很容易地从反应溶液中分离出来，并且在保持高活性的情况下被重复使用。
上述研究成果是世界上首个在液相加氢反应中展现出高活性、高耐久性的铁催化剂的开发案例。由于不使用可能因储量匮乏或毒性而受限制的稀有金属，该案例展示了构建可持续性的新一代化学反应工艺的可能性。此外，由于这种磷化铁纳米晶体具有很高的加氢能力，因此将有望应用于面向碳中和的生物质转化和聚合物降解反应。（TEXT：横井Manami）
原文：JSTnews 2023年12月号
翻译：JST客观日本编辑部
