FLP-MOF触媒の機構解明により設計を高速化

CO₂資源化や水素キャリア開発に向けて

2025.12.05

概要

横浜市立大学大学院生命ナノシステム科学研究科 立川仁典教授、岐阜大学工学部 化学・生命工学科 宇田川太郎准教授らの研究グループは、タイのSilpakorn UniversityのNuttapon Yodsin博士、King Mongkut's Institute of Technology LadkrabangのRathawat Daengngern准教授、Ubon Ratchathani UniversityのSiriporn Jungsutthiwong 教授らとの国際共同研究により、Frustrated Lewis Pair（FLP）^*1を組み込んだMetal-Organic Framework（MOF）^*2触媒によるCO₂水素化反応の反応メカニズムを明らかにしました。特にFLP触媒の酸性度を指標とすることで、触媒性能を迅速に予測できることを明らかにしました。本研究により、FLP-MOF触媒候補のハイスループットスクリーニングが可能となり、より高効率な触媒開発が促進されると期待されます。
　本研究成果は国際学術誌International Journal of Hydrogen Energyに掲載されました（2025年11月12日）。



FLP酸性度指標であるヒドリド付加エネルギー(E_HA)と、H₂解離の反応エネルギー(ΔE₁)およびCO₂水素化反応の活性化エネルギー(E_a2)との相関

本研究のポイント

FLP-UiO-67-MOF^*3のH₂解離・CO₂水素化反応機構を解明
開発した独自手法により反応に対する水素原子核の量子効果^*4を解明
官能基^*5の電子的性質とFLP酸性度指標から触媒活性が予測可能であることを示した

詳しい研究内容について

FLP-MOF触媒の作用機構解明により設計を高速化
〜CO₂資源化や水素キャリア開発に向けて〜

論文情報

雑誌名：International Journal of Hydrogen Energy
論文名：Unraveling H₂ dissociation in CO₂ hydrogenation on frustrated Lewis pair-functionalized UiO-67: DFT and nuclear quantum effects
著　者：Nuttapon Yodsin, Siriporn Jungsutthiwong, Taro Udagawa, Rathawat Daengngern, Masanori Tachikawa
DOI：10.1016/j.ijhydene.2025.152499

用語解説

*1 Frustrated Lewis Pair（FLP）:
構造的な制約で直接錯形成できないルイス酸とルイス塩基の組み合わせ。非常に反応性が高く、H₂分子を活性化させることが可能。
*2 Metal-organic framework（MOF）:
金属原子が有機分子により架橋されて形成される錯体であり、比表面積が大きく、内部に多数の小さい孔を持つ多孔質物質である。孔のサイズを調整することで、混合物の分離や、分子の吸着による貯蔵、触媒を組み込んだ分子変換なども可能である。
*3 FLP-UiO-67-MOF:
オスロ大の研究グループにより開発されたUiO-67-MOFに対して、FLPを組み込んだMOF。CO₂水素化反応に対する触媒として機能する。
*4 水素原子核の量子効果（Nuclear Quantum Effect）:
全ての粒子は量子力学的には粒子性と波動性を併せ持つが、原子核は電子よりはるかに重いため、その波動性は多くの場合で無視される。一方で水素原子核は最も軽く、その波としての性質（原子核量子効果）がしばしば無視できず、化学反応や同位体効果に顕著な影響を及ぼす。
*5 官能基:
有機化合物の性質や反応性を特徴づける特定の構造をもつ原子団。同じ官能基をもつ化合物は類似した化学的挙動を示す。官能基の導入により、化合物の性質や反応性を設計・制御することも可能である。