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スポットライトリサーチ

新しい構造を持つゼオライトの合成に成功!

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第109回のスポットライトリサーチ。今回は横浜国立大学大学院工学研究院 機能の創生部門 窪田好浩研究室 博士課程2年中澤直人さんにインタビューを行いました。

窪田研究室では、環境を守る材料の開発に取り組んでおり、結晶またはそれに近い構造を持つゼオライトやメソポーラスシリカに代表される「規則性多孔体」の創生で顕著な研究成果を挙げています。

今回、中澤さんは全く新しい構造を持つゼオライトの合成研究に取り組み、見事成功されました。この新規ゼオライトはYNU-5と命名されています。(Yokohama National Universityが由来でしょうか)

JACS誌に受理された本成果はプレスリリースもされましたので、今回インタビューをさせていただく運びとなりました。

A Microporous Aluminosilicate with 12-, 12-, and 8-Ring Pores and Isolated 8-Ring Channels

N. Nakazawa*, T. Ikeda*, N. Hiyoshi, Y. Yoshida, Q. Han, S. Inagaki, Y. Kubota (*contributed equally)

J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7989. DOI: 10.1021/jacs.7b03308

論文筆頭著者の中澤さんについて、窪田先生から以下の通りコメントをいただきました。

中澤君は、いわゆる外柔内剛型の人物ですが、「型」にはめるのが妥当ではない程、個性にあふれています。研究を始めてからまだ日の浅いうちに、本件に限らず、多くの興味深い発見をしてきました。彼特有のセンスのなせる業だと思います。他人が見ていないものをよく見ています。今回の発見も、関連分野の研究者すべてに同じチャンスがあったはずですが、彼だけがそれをものにしました。これほど簡単なことを世界中の誰も気づかなかったことが、むしろ意外な位で、まさにコロンブスの卵です。これに甘んじることなく、今持っている才能を生かしつつ、より困難な課題に立ち向かってもらえればと思います。

それでは研究成果をご覧ください!

Q1. 今回の受賞対象となったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

我々は新規骨格を有するYNU-5ゼオライトを発見しました。ゼオライトとは結晶性アルミノ珪酸塩であり、吸着剤・イオン交換剤として幅広く利用されており、また石油化学プロセス、ファインケミカル合成および自動車排ガス浄化プロセスでの触媒として非常に有用な材料です。今回発見されたYNU-5は、2次元に広がる大細孔 (12-ring) (といっても7.4 Åですが)と小細孔 (8-ring, 4 Å) からなる3次元細孔と、孤立した1次元の8員環細孔を有しており、たいへんユニークな構造をもっております。日本人が見つけた新規骨格ゼオライトとしては、2000年の窪田ら (当時 岐阜大) によるGON型、および2004年の池田ら (産総研) によるCDO型に続き、3例目となります。

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

新規大細孔ゼオライトが得られる合成条件を安価に実現したことにこだわりがあります。ゼオライト合成では細孔を形成させるための鋳型剤(アミン系を中心とする低有機分子でいろいろあります)が一般に使われますが、今までは小さな鋳型剤を用いると大きな細孔が形成しないという問題がありました。また大きな鋳型剤は高価であり、かつ応用上重要であるアルミニウム原子の導入が難しいという問題がありました。我々の方法では小さな鋳型剤を用いて、特殊な濃厚シリケート溶液の組成を見つけ、そこへFAU型とよばれる別のゼオライトを原料として投入することで、新規ゼオライトの水熱合成に成功しました。FAU型ゼオライトは国内でも工業化されていて、低コスト合成に寄与するシリカ−アルミナ原料と見なすことができます。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

新規ゼオライトだけが純相で結晶化する条件を見つけることが非常に難しかったです。YNU-5が初めに得られたサンプルでは、少なくとも4種類もの副生成物が混ざっておりました。不純相を取り除くにはどうすればいいか悩んだ結果、合成系に含まれる水の量を緻密にコントロールすることが肝であることに気づきました。ここが一番のポイントです。このおかげで、ともすると数百回もの試行錯誤が必要だったことを、数十回で済ませることができました。

また他の合成ゼオライトでも共通のことですが、YNU-5では大きな単結晶が得られないことから構造解析も大変でした。近年粉末X線回折法を使って未知構造を解明する技術は大きな進歩を見せていますが、YNU-5ほどの大きなユニットセルを持ち多数の原子からなる複雑な無機化合物の構造を解明するのはまだまだ容易ではありません。結晶性の良いサンプルが得られたことに加え、固体NMRをはじめ多くの分析データを加味するとともに、最新の解析技術を駆使して何とか解明できました。もちろん、ひとえに共同研究者の池田さんのおかげです。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

新規材料を合成することで化学に貢献していきたいと思います。物質は機械のように思い通りデザインできるものでは決してありませんが、実験化学を通じて少しでも原子・分子をコントロールができるような新しい技術やノウハウを見つけたいと思います。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

人間の創造力および好奇心は非常に神秘的なもので、無いものを創り出す「0を1する」作業は決してコンピューターには真似できません。しかし、これらの力はどこから湧いてくるかもわからず、また些細なことで失われやすいという儚いものでもあります。だからこそ大事にする必要があります。研究活動に限らず、自分にしかできないことで他者に貢献することは、それこそ社会における己の存在意義と直結し、なにより有意義な事だと思います。

関連リンク

横浜国立大学大学院工学研究院 機能の創生部門 窪田好浩研究室

新規な骨格構造を持つゼオライトの合成に成功

研究者のご略歴

名前 : 中澤 直人

所属 : 横浜国立大学大学院工学府機能発現工学専攻 窪田・稲垣研究室

研究テーマ : 新規ゼオライト合成

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Orthogonene

有機合成を専門にするシカゴ大学化学科PhD3年生です。 趣味はスポーツ(器械体操・筋トレ・ランニング)と読書です。 ゆくゆくはアメリカで教授になって活躍するため、日々精進中です。 http://donggroup-sites.uchicago.edu/

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