日本化学会

微小合金と疎水性空間を使ったメタンからメタノールへの選択酸化

Selective Oxidation of Methane to Methanol Using Sub-nano Alloys and a Hydrophobic Space

メタンと酸素からメタノールへの直接変換は，石油依存の低減やCO₂排出削減に資する重要な触媒反応である。しかし，メタンのC-H結合は非常に強く（結合エネルギー：約439 kJ/mol），さらに生成したメタノールは過酸化を受けやすいため，この反応の実現は現在でも容易ではない。反応を進めようとして条件を強めるとメタノールの逐次酸化が進み，逆に穏和条件では転化率が上がらない。すなわち，高活性と高選択性の両立が本質的な課題である^1）。
そこで筆者らは，メタンのC-H結合活性化に有効なPtとメタノール選択性の向上に寄与するCuからなる微小な合金粒子を，疎水性かつ無酸性のSilicalite-1ゼオライト細孔内に閉じ込めた触媒を開発した^2）。Pt-Cu合金によって活性と選択性を両立させるとともに，疎水性細孔によって生成したメタノールを活性点近傍から速やかに離脱させ，過酸化を抑制できる点が特徴である。
本触媒は，既存触媒系の活性-選択性の限界を超える性能を示した。これは，Pt-Cu合金による反応活性点の精密設計に加え，ゼオライト細孔内の疎水性・無酸性環境という「反応場」を組み合わせたことによる成果である。今後は，多元素化や粒子構造の精密制御，細孔内環境のさらなる最適化を通じて，メタン選択酸化によるメタノール合成が高効率化されることが期待される。

  1）    G. J. Hutchings et al., Chem. Rev. 2023, 123, 6359.
    2）    A. Oda et al., J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 30009.

織田　晃 　　北海道大学触媒科学研究所