東北大学
学際科学フロンティア研究所

触媒とは、特定の化学反応を促進させる機能を持ち、それ自身は反応の前後で状態が変化しない物質のことを言います。例えば、一酸化炭素（CO）と酸素（O₂）を混ぜただけでは殆ど反応が起こらないため、しばしば一酸化炭素中毒事故が起こりますが、触媒の存在下では、吸着、結合、脱離といった段階を踏むことによりスムースに反応し、無害なCO₂になってくれます（図）。触媒は様々な化学工業プロセス、自動車排ガス浄化、燃料電池などに使用され、我々の社会に不可欠なものとなっております。

一方、触媒としては希少で高価な貴金属が大量に消費されています。先進国だけでなく、中国やインドなどの新興国の発展に伴い、貴金属の需要が今後ますます増大することが確実であり、使用量の低減や代替材料の開発が求められています。しかしながら、触媒機能の起源が完全に理解されていないため、代替材料の開発は簡単ではありません。

化学反応は電子のやり取りであり、触媒反応の各プロセスにおいて電子をやり取りしているため、触媒機能は物質の電子状態に支配されていると考えられています。他方、電子は「スピン」という磁気的性質を持っています。そのため、触媒物質の磁性も触媒機能に影響すると考えられますが、触媒と磁性の関係についての研究報告は非常に少なく、よくわかっておりません。磁性材料を専門としてきた私はそこに着目し、触媒と磁性の関係を明らかにしようと考えました。「触媒化学」と「磁性学」の融合により、触媒設計に磁性という新たな自由度を与え、磁性の積極的な利用による新しい触媒機能の創出を目指します。これを将来の貴金属代替につなげたいと考えています。