도쿄공업대학의 연구그룹은 입경 1나노미터 정도의 극미소한 나노입자 '서브나노입자'를 촉매로 한 탄화수소의 산화 반응을 개발했다.본 연구에서 대상으로 한 탄화수소는, 불활성인 탄소-수소 결합을 가지는 톨루엔이라는 유기 분자로, 시판의 금속 담지 촉매에서는 거의 활성을 나타내지 않지만, 이번 서브 나노 입자를 촉매로 한 산화 반응에서는, 공지된 나노입자의 약 50배인 촉매 활성이 나타났다.
석유나 천연가스 등 화석원료의 주성분인 탄화수소를 유용한 유기산화물로 변환하는 산화반응은 학술적으로나 공업적으로 중요한 촉매반응이다.일반적으로, 입자를 나노 사이즈로 작게 함으로써 촉매 활성이 향상되는 것이 알려져 있고, 특히 사이즈가 작은 「서브나노 입자」는 한층 높은 촉매 활성을 발현할 것으로 기대되어 왔다.그러나, 매우 미세하고 균일한 크기를 갖는 입자의 합성은 기술적으로 어렵고, 촉매 활성을 정확하게 평가한 연구예는 없었다.
본 연구에서는 덴드리머라 불리는 수상형의 규칙구조를 가지는 특수한 고분자를 주형으로 이용함으로써 입자 크기가 균일하게 정돈된 서브나노입자의 합성에 성공했다.이 방법으로, 다양한 서브나노 입자를 촉매로서 톨루엔 산화 반응을 일으켰는데, 입자의 크기가 작아질수록 촉매 활성이 향상되는 것을 발견하였다.또한, 천이 금속 중에서도 특히 산소 친화성이 낮은 백금이 높은 촉매 활성을 나타내는 것을 발견하고, 원자수 19개의 백금 서브 나노 입자 촉매로, 공지의 금속 나노 입자보다 약 50배 높은 촉매 활성을 기록했다. .
본 성과에 의해, 불활성인 탄화수소로부터 공업적 유용물로의 고효율 제조가 실현됨과 동시에, 향후, 서브 나노입자에 숨겨진 우수한 촉매 기능이 더욱 평가되어 갈 것으로 기대된다.
덧붙여 본 논문은 독일 화학 잡지 「Angewandte Chemie International Edition(앙게반테·케미 국제판)」의 「Very Important Paper(VIP)~전 논문의 TOP 5% 이내~」로서 선정되었다.
