硫化水素とレドックスを研究 : 渡部 綾 Watanabe Ryo（触媒化学、反応工学）

気相S種を活用する触媒反応プロセス群の開拓

2023年3月取材

Chapter 01

硫化水素とレドックスをキーワードにした基礎研究を推進

火山や温泉に漂うにおいのもとは硫黄と水素の化合物、硫化水素です。硫化水素は濃度が高いと人体に害を及ぼす“やっかいな物質”ですが、これを化学反応に役立てる研究を進めています。

例えば、鉄と硫黄からなる硫化物（大涌谷「黒たまご」の黒色成分）を使って、アルカンからオレフィン（ポリマーの原料）と硫化水素を発生させます。このとき触媒から硫黄が徐々に消失して反応性が低下しますが、再び硫化水素と触媒を反応させれば、消失した硫黄が補われ、活性が回復することがわかりました（図１）。

これをレドックスサイクルと呼び、このレドックスサイクルを化学的に制御することにより、オレフィンが連続的に製造できることを明らかにしています。

今後は、硫化水素の特異な性質（“ラジカル”に変換しやすい）を活かし、新しい反応に挑戦しようと考えています（図２、３）。

Chapter 02

硫化水素を活用してC-H結合を選択的に活性化、高選択的な化学物質を合成

“シェールガス”という言葉をご存知でしょうか？ シェールガスとは、メタンを主成分とする次世代エネルギーの一つで、アメリカで安価に製造できることが知られています。そのため近年では、シェールガスに含まれる炭化水素を高付加価値な物質に変換する研究が活発に行われています。

炭化水素の物質変換では、C-H結合を選択的に活性化してオレフィンや芳香族に直接変換する技術の確立が重要な課題とされていますが、これまでに工業化に結び付くような触媒プロセスは見出されていません。

“毒を以て毒を制す”という諺がありますが、私は、このような難反応に対して、硫化水素を活用することで硫化物触媒の円滑なレドックスを実現し、選択的なC-H結合の活性化による高選択的な化学物質合成を見出してきました。今後も“硫化水素”と“レドックス”をキーワードにした基礎研究を推進し、国内発の技術の確立を目指します。

[プロフィール写真]准教授 渡部 綾 Watanabe Ryo

准教授渡部 綾 Watanabe Ryo（触媒化学、反応工学）

1982年４月生まれ、2011年早稲田大学大学院博士課程修了、2011年静岡大学助教、2018年静岡大学准教授
2019年より第４期若手重点研究者、2022年より第５期若手重点研究者

主な研究業績

受賞歴：
  • 2020年度　石油学会奨励賞 （日揮賞）
  • 2017年度　化学工学会　部会活動功労賞（部会CT賞）
外部資金獲得状況：
  • 科学研究費補助金 若手研究（A）「鉄酸化物構造体触媒の格子酸素レドックス機能促進による高機能物質変換システム群構築」（2014年～2017年）
  • 挑戦的萌芽研究「多環芳香族分子からの効率的な水素製造を図る回転ディスク型マイクロリアクターの創製」（2016年～2017年）
  • 基盤研究（B）「硫化物触媒のレドックス型格子Sイオン種による新規なアルカン脱水素プロセス開拓」（2018年～2021年）
  • 挑戦的研究（萌芽）「熱と可視光の協奏的利用でメタン変換するイオン液膜担持ゼオライト触媒の創製」（2018年～2020年）
  • 挑戦的研究（萌芽）「氷点下領域で機能する極限環境触媒システムの創製」（2020年～2022年）
  • 基盤研究（B）「Redox性格子S種の直接電気励起で創る革新的アルカン脱水素の構造体触媒システム」（2021年～2023年）
  • ＮＥＤＯ先導研究プログラム 未踏チャレンジ2050「メタンチオール経由でCO２をオレフィン化する革新的物質変換系の開拓」（2019年～ 2023年）
著書・論文：
  • １)「Dehydrogenation of lower alkanes using H２S 」 Journal of the Japan Petroleum Institute 65(２) 50-57, 2022.
  • ２)「Synthesis of C４- and C５-olefins by novel alkane dehydrogenation with H２S co-feeding」630(25) 118442, 2021.
  • ３)「Effect of support species on performance of transition metal-based catalysts for propane dehydrogenation with co-feeding of H２S」Journal of the Japan Petroleum Institute 63(４) 228-237, 2020.
  • ４）「Formation of active species for propane dehydrogenation with hydrogen sulfide co-feeding over transition metal catalyst」 Applied Catalysis A: General 587(25)117238, 2019.

最新情報はこちら

静岡大学若手重点研究者