ブログ

Jul 31, 2023

新しい触媒はプラスチック廃棄物を私たちに届けるのに役立ちます

担持された金ナノ粒子触媒はポリエステルとバイオマスをアップサイクルできる 首都大学東京の画像: ハイブリッド触媒の存在下でエーテルとエステルがジシランと反応する

担持された金ナノ粒子触媒はポリエステルとバイオマスをアップサイクルできる

首都大学東京

画像: 酸化ジルコニウム基板上に搭載された金ナノ粒子からなるハイブリッド触媒の存在下で、エーテルとエステルをジシランと反応させます。 支持体上の金ナノ粒子と酸性部位と塩基性部位の両方の存在は、エーテル基とエステル基をシラン基に変換するのに役立ちます。もっと見る

提供：首都大学東京

東京、日本 – 首都大学東京の研究者らは、酸化ジルコニウムの表面に担持された金ナノ粒子が、バイオマスやポリエステルなどの廃棄物を、幅広い用途で使用される貴重な化学物質である有機シラン化合物に変えるのに役立つことを発見しました。 新しいプロトコルは、金ナノ粒子と酸化ジルコニウム担体の両性（酸と塩基の両方）の性質の間の連携を活用します。 その結果、それほど要求の厳しい条件を必要としない反応、つまり廃棄物をアップサイクルするためのより環境に優しい方法が生まれます。

リサイクルは、プラスチック廃棄物の世界的な問題に対する人類の解決策の大きな部分を占めています。 その多くはプラスチック廃棄物をプラスチック製品に変えることに関するものです。 しかし、科学者たちは廃棄物の資源としての利用を促進するための代替アプローチも模索してきました。 これには、廃棄物をまったく新しい化合物や製品に変換するアップサイクルが含まれます。これらの製品は、その製造に使用された材料よりも価値が高くなります。

三浦弘樹准教授率いる首都大学東京の研究チームは、プラスチックとバイオマスを、炭素-シリコン結合を形成するためにシリコン原子が結合した有機分子であるオルガノシランに変換する研究に取り組んできた。 オルガノシランは、医薬品および農薬の製造における高性能コーティングおよび中間体における貴重な材料です。 しかし、ケイ素原子の添加には、空気や湿気に敏感で、厳しい酸性や塩基性条件はもちろんのこと、高温を必要とする試薬が含まれることがよくあります。 これにより、変換プロセス自体が環境負荷となる可能性があります。

今回、研究チームは、酸化ジルコニウム担体上に担持された金ナノ粒子からなるハイブリッド触媒材料を適用した。 この触媒は、ポリエステルなどのプラスチックやセルロースなどのバイオマス化合物に豊富に含まれるエーテル基とエステル基を取り込み、ジシランとして知られるケイ素含有化合物との反応を助けます。 溶液中で穏やかに加熱すると、エステル基またはエーテル基が存在する場所にオルガノシラン基を生成することに成功した。 研究チームは、メカニズムの詳細な研究を通じて、金ナノ粒子と担体の両性（塩基性と酸性の両方）の性質との間の協働が、温和な条件下での原料の効果的かつ高収率の変換に関与していることを発見した。

プラスチック廃棄物の処理には燃焼や強酸性/塩基性条件が必要な場合が多いことを考慮すると、プロセス自体は、はるかに要求の少ない条件下でポリエステルを分解する簡単なルートをすでに提供しています。 ただし、ここで重要な点は、反応生成物自体が価値のある化合物であり、新しい用途にすぐに使用できるということです。 研究チームは、オルガノシラン生産へのこの新しいルートが、プラスチックが環境に流出することなく、社会でより有用な製品となるカーボンニュートラルな未来への道筋の一部となることを期待している。

本研究は、触媒・電池のための元素戦略推進プログラム（ESICB）（課題番号 JPMXP0112101003）、JST FOREST プログラム（課題番号 JPMJFR203V）、科学研究費補助金基盤研究（B）（課題番号 21H01719）の支援を受けて行われました。 、挑戦的研究（萌芽）（助成金番号 22K18927）、および文部科学省委託による新学術領域研究（助成金 17H06443）。

アメリカ化学会誌

10.1021/jacks.2c12311

金ナノ粒子と両性酸化ジルコニウムの協力による不活性化C(sp3)-O結合のホモリシスによる多様なアルキル-シリルクロスカップリング