철은 지각 중에 풍부하게 존재하고, 저가·저독성 때문에 매력적인 촉매 재료이지만, 수소화 반응으로 200℃ 이하의 온화한 액상 반응 조건하에서는 현저하게 활성이 낮다.또한, 종래의 철 촉매는 미량의 산소 존재하에서도 용이하게 산화되어 실활한다.그 때문에, 촉매의 취급이나 개량이 어렵고, 철계 고체 촉매의 개발의 진보는 현저하게 늦어지고 있다.

　이번 연구 그룹은 철과 인으로 구성된 인화철을 나노화한 인화철 나노입자(Fe2P NC)를 독자 기술로 합성.이 인화철 나노 입자가, 200℃ 이하의 저온 영역에서, 공업적으로 중요한 니트릴의 수소화 반응에 고활성·고 내구성을 나타내는 고체 촉매가 되는 것을 발견했다.

　또한, 인화철 나노입자는 종래의 철 촉매와는 달리, 대기에 안정하고 취급하기 쉽고, 촉매의 개량이 용이하다.그래서, 인화철 나노입자를 산화티탄(TiO2)과 복합화하면, 인화철 나노입자의 수소화능이 현저하게 향상.이 철 촉매(Fe2P NC/TiO2)를 이용한 니트릴의 수소화에 의해, 폴리머 원료나 의약 중간체로서 중요한 다양한 아민류의 선택적인 합성에 성공하였다.또한, 반응 후의 촉매는 원심분리로 반응 용액으로부터 간편하게 분리할 수 있고, 고활성을 유지한 채로 재사용할 수 있었다.

　이번 연구 성과는 현재 많은 촉매 반응 공정에서 사용되고 고갈이나 독성에 의한 사용 제한이 우려되고 있는 희소 금속을 자연계에 풍부하게 존재하는 저렴한 철로 대체할 수 있는 가능성을 시사하는 것으로서 있다.

논문 정보:【Nature Communications】Iron phosphide nanocrystals as an air-stable heterogeneous catalyst for liquid-phase nitrile hydrogenation