PRESS RELEASE（2023/09/28）

水素を電子として利用する水素エネルギーキャリアの開発
新発想エネルギーキャリアの常温合成と直接利用
ポイント
研究が必要とされる背景：カーボンニュートラルの実現には、気体のままでは貯蔵・運搬の効率が低い水素を、多くのエネルギーを必要としないで貯蔵・運搬し、そのまま利用できる技術の革新が求められている。
当該研究の内容：（１）常温で水素から「1 電子」を抽出・貯蔵できる新しい発想の水素エネルギーキャリアとなるニッケル化合物を開発した。（２）必要な時に水素エネルギーキャリアの電子をそのまま還元反応に利用できる。（３）開発した水素エネルギーキャリアは電子還元剤としてだけではなく、触媒としても機能する。
社会に及ぼす影響：（１）本研究は、水素の電子を「常温抽出」「長期間貯蔵」「直接利用」できる新たしい水素エネルギーキャリアを開発した。（２）開発した水素エネルギーキャリアは安価な鉄族元素の一つであるニッケルの化合物である。今後は、さらに安価な鉄の使用を検討する。（３）学術的には、天然のヒドロゲナーゼ酵素と同様に、本研究のニッケル化合物も、ニッケルの酸化数が＋１の状態で水素から電子を貯蔵することを明らかにした。
概要
カーボンニュートラルの実現には、気体のままでは貯蔵・運搬の効率が低い水素を、多くのエネルギーを必要としないで貯蔵・運搬し、そのまま利用できる水素エネルギーキャリアの革新が求められています。
九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所（I²CNER）／大学院工学研究院の小江誠司（おごうせいじ）主幹教授らの研究グループは、近畿大学との共同研究により、常温で水素から「１電子」を抽出・貯蔵できる新しい発想の水素エネルギーキャリアとなるニッケル化合物を開発しました。開発した水素エネルギーキャリアは、電子を３ヶ月以上安全に貯蔵できて、必要な時に貯蔵した電子をそのまま還元反応に利用できます。学術的には、開発したニッケル化合物は、水素の合成や分解を担う天然のヒドロゲナーゼ酵素と同様に、ニッケルの酸化数が＋１の状態で水素から電子を貯蔵することを示しました。

本研究成果は、ドイツの雑誌「Chemistry—A European Journal」オンライン版で令和５年 9 月 25

日（月）午前 11 時（日本時間）に公開されました。

小江主幹教授からひとこと：安価な鉄族元素の一つであるニッケルを使用することで、水素エネルギーキャリア開発の道が開けました。これまでは、白金族元素を触媒として類似の反応を行なっていましたが、高価なためエネルギーキャリアとして使用するという発想はありませんでした。

【研究の背景と経緯】＜研究分野の背景＞
カーボンニュートラルの実現には、気体のままでは貯蔵・運搬の効率が低い水素を、多くのエネルギーを必要としないで貯蔵・運搬し、そのまま利用できる水素エネルギーキャリアの革新が求められている。
＜これまでの研究の問題点＞
水素エネルギーキャリアとしては、アンモニア、ギ酸、金属水素化物、液体有機水素化物、錯体水素化物などの研究が行われているが、最終的なエネルギーキャリアの確立には至っていない。
水素エネルギーキャリアの次の課題は、(１)多くのエネルギーを必要としない水素エネルギーキャリアの合成と、(２)水素エネルギーキャリアの直接利用である。
＜本研究の経緯＞
我々は、常温で水素を合成・分解する天然のヒドロゲナーゼ酵素を範にして、常温で水素から合成して、そのまま利用できる水素エネルギーキャリアを探求してきた。
今回、我々は、常温で水素から１電子を１段階で抽出し、長期間（３ヶ月以上）固体として貯蔵でき、必要な時に貯蔵した電子を直接利用できる新発想なエネルギーキャリアとなるニッケル電子担体を開発した。
【研究の内容と成果】＜本研究の成果＞(1) 常温で水素から「１電子」を抽出・貯蔵できる新しい発想の水素エネルギーキャリアを開発した。
(2) 必要な時に水素エネルギーキャリアの「電子」をそのまま還元反応に利用できるので脱水素の操作は不要。
＜これまでの研究との違い＞(1) 常温で水素の電子を抽出・貯蔵できる新しい発想の水素エネルギーキャリアである。
(2) 開発した水素エネルギーキャリアは電子還元剤としてだけではなく、触媒としても機能する。
(3) 類似の水素エネルギーキャリアはない。

＜ブレイクスルーのポイント＞
安価な鉄族元素(ニッケル)を使用することで、水素エネルギーキャリアの道が開けた。これまでは、白金族元素(RhやIrなど)を触媒として類似の反応を行なってきたが、高価なためエネルギーキャリアという発想はなかった。
＜学術的にどこが面白いのか＞
学術的には、天然のヒドロゲナーゼ酵素は、ニッケルの酸化数が＋１の状態で水素から電子を貯蔵することが知られている。本研究においても、ニッケルの酸化数が＋１の状態で水素から電子を貯蔵することを示した。
＜用いられた手法＞
水素由来の電子を長期間貯蔵・直接利用できる水素エネルギーキャリアを、オンデマンドなベンチトップで、常温合成した。
＜成果を得るにあたり特別苦労した点＞
これまでは、白金族元素(RhやIrなど)を触媒として類似の反応を行なってきたが、安価な鉄族元素(ニッケル)の使用を試行錯誤で行なった。
【今後の展開】＜本成果が将来的に「経済的・社会的価値の創造」につながるストーリーや展望＞(1) カーボンニュートラル社会の実現には、多くのエネルギーを必要としない水素エネルギーキャリアの合成と、合成した水素エネルギーキャリアの直接利用が必要である。
(2) 本研究は、水素から１電子を「常温抽出」「長期間貯蔵」「直接利用」できる新しい水素エネルギーキャリアを開発した。
(3) 現在は、安価な鉄族元素の一つであるニッケルを使用している。今後は、さらに安価な鉄を検討する。
＜実用化に向けた現状の動き（産学連携の状況等）＞
今後は産学連携を行いたい。
＜実現するまでのステップと時間等）＞
基礎研究はほぼ終了している、今後は実用に向けて取り組みたい。
＜ポイント＞(1) 水素を「H」ではなく「電子」として貯蔵・運搬できる新しい発想の水素エネルギーキャリアである。
(2) 常温で安全に水素から１電子を貯蔵できる水素エネルギーキャリアとなるニッケル化合物を開発した。
(3) 開発したエネルギーキャリアは、長期間(３ヶ月以上)固体として貯蔵できて、必要な時に電子をそのまま還元反応に利用できる。
(4) 水素を用いる電子還元反応に利用する際には、電子キャリアとしてだけでなく触媒としても機能する。
【謝辞】
本研究は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 CREST「電子貯蔵触媒技術による新プロセスの構築」（課題番号：JPMJCR18R2）の研究の一環として、九州大学の小江誠司主幹教授の研究グループが、カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所（I2CNER）、大学院工学研究院、小分子エネルギーセンターで行ったものです【論文情報】
掲載誌：Chemistry—A European Journal
タイトル：Single-Step Synthesis of NiI from NiII with H2
著者名： Chiaki Takahashi, Takeshi Yatabe, Hidetaka Nakai, Seiji Ogo*
DOI：10.1002/chem.202302297【お問い合わせ先】＜研究に関すること＞
九州大学大学院工学研究院 主幹教授 小江 誠司（おごう せいじ）
Mail：ogo.seiji.872@m.kyushu-u.ac.jp＜報道に関すること＞
九州大学広報課
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Mail：koho@jimu.kyushu-u.ac.jp