酸化状態を操るコバルト触媒で、医薬品原料の電解水素化を高選択的に実現

横浜国立大学大学院工学研究院／先端科学高等研究院の信田尚毅准教授、跡部真人教授らの研究グループは、大阪大学、物質・材料研究機構、京都大学との共同研究により、安価で資源量の豊富なコバルトを用いて、窒素含有芳香族化合物の高選択的な電解水素化を実現する触媒を開発しました。

研究グループはこれまでに、アニオン交換膜（AEM）型電解リアクターを用いて、水を水素源としてピリジンなどの窒素含有芳香族化合物を還元する技術を開発してきました。一方、従来の反応では高い触媒性能を得るために、希少で高価なロジウムなどの白金族金属を必要としていました。

今回、炭素材料に担持したコバルト触媒の調製条件を詳細に検討した結果、金属コバルト（Co(0)）とコバルト酸化物（CoOx）の割合を適切に制御することで、高い活性と選択性を実現できることを明らかにしました。この触媒はピリジンだけでなく、キノリン、ピラジン、ニトリル、ニトロ化合物など幅広い窒素含有芳香族化合物に適用できました。また、電解を周期的に停止する間欠電解を導入することで、長時間の反応中にコバルト触媒が過剰に還元されることを抑え、グラムスケールでの合成にも成功しました。

本成果は、触媒を構成する元素だけでなく、反応中の酸化状態を積極的に制御することが、卑金属電極触媒の性能を引き出す重要な設計指針となることを示すものです。希少な白金族金属への依存を低減し、再生可能電力を利用した持続可能な化学品製造につながることが期待されます。

本研究成果は米国化学会の雑誌Journal of the American Chemical Societyに受理され、オンライン版が 2026年9月29 日に公表されました。