62. Tiny Workers, Big Job｜触媒研究を語る（理学研究科 特任助教 Katinka Wondergemさん）
名古屋大学には、海外から来て活躍されている研究者がたくさんいます。今回は、その一人、Katinka Wondergemさんにインタビューしました。
My name is Katinka Wondergem, I am Designated Assistant Professor and Science Communicator here at Nagoya University. I have a PhD in chemistry from Utrecht University in The Netherlands.
名古屋大学 理学研究科の特任助教でサイエンスコミュニケーターのカティンカです。オランダのユトレヒト大学で化学の博士号を取りました。
ポッドキャストで、実際のインタビューもお聴きいただけます。
── Chemistry sounds like a broad subject.｜化学といっても幅広そうです。
That’s right, chemistry is a very broad subject, with lots of different subfields. To name just a few, there’s organic chemistry, inorganic chemistry, biochemistry, physical chemistry….
その通りです。いくつもの細かい分野に分かれています。有機化学、無機化学、生化学、物理化学などなど…。
── What is your interest?｜カティンカさんのご専門は？
For me, I chose to specialize in inorganic chemistry, and specifically in the characterization of catalysts using light as my analysis method.
無機化学です。特に触媒に着目していて、光を使った解析をしています。
── Tell us more about catalysts.｜触媒についてもう少し教えてください。
Of course! Maybe you’ve heard of catalysts before? Catalysts are substances that speed up certain chemical reactions, so we can make the product we desire.
もちろんです。触媒って名前はご存知だと思います。化学反応を加速するので、触媒のおかげで作りたいものを作ることができます。
── It sounds like something happening in a chemistry lab.｜それって、実験室でのお話ですよね？
That’s true, but it doesn’t just happen in the lab! It happens everywhere around us. For example, you may be familiar with a car catalyst, which makes sure the gasoline in our car is converted into carbon dioxide, instead of the toxic carbon monoxide. This ability of a catalyst to tune reaction pathways is what makes them so important for our society, the environment, and our daily lives.
実験室だけではなく、暮らしの中のあらゆるものに使われています！例えば「自動車触媒」は、ガソリン車が排出する有害な一酸化炭素を二酸化炭素に変える触媒です。目的の反応経路での反応を加速する働きは、社会、環境、暮らしにとってとても重要視されています。
── You said, “everywhere around us”. Do I see any products that use a catalyst in this room?｜ ”あらゆるもの”ですか？ この部屋にもありますか？
This water bottle for example, the bottle itself was made using a catalyst. Or the clothes you’re wearing – some dyes used to give the clothes their color was produced by a catalyst. I can guarantee that if you take a look around you right now, most of the items you’ll see were produced at least partially by a catalyst. The amount of products that require the use of a catalyst during their production process is – to put it mildly – HUGE.
水のペットボトルも、着ている洋服の染料も、作るのに触媒が使われています。周りを見渡せば、ほとんどのものに触媒が関与していますよ。生産過程で触媒が使われる製品がどのくらいあるか…、控えめにいっても莫大な数です。
── So there’s an inextricable link between catalysts and human life?｜触媒と人の暮らしは、切っても切れない関係にありそうですね。
Exactly. That’s why with the world’s requirement to stop using fossil fuels and transition to more sustainable feedstocks, catalysis plays a pivotal role.
そうです。化石燃料の使用を制限して、持続可能な燃料源にシフトしていこうとする今、この触媒が重要視されています。
── Can you tell us more about it.｜触媒が持続可能な社会に重要とは？
It’s catalysts that will enable us to convert that CO2 from our cars and our factories back to gasoline, or turn it into plastics. It’s catalysts that will allow us to use our biomass waste and turn that into polymers. And it’s also catalysts that will convert sunlight into energy for us to use, to drive our cars and power our A/Cs.
車や工場が排出する二酸化炭素からガソリンやプラスチックを合成したり、バイオマス廃棄物を利用してポリマー化し新たな製品を作ったり、太陽光を車やエアコンのエネルギーに変えたり…とこういったコトを可能にするのが触媒なんです。
── I feel like catalysts can be our green hero.｜もはや未来のヒーローですね。
I feel the same way. That’s why I think catalysis as a field has tremendous potential, and tremendous responsibility, to help us build a better world. But to create those catalysts of the future, we need to understand exactly how these processes work.
私もそう思います。よりよい世界を実現するために、触媒は大きな可能性と責任を背負っています。でも未来で役立つ触媒を生み出すには、私たち研究者が反応のプロセスをきっちりと理解していく必要があります。
── How much do we know so far?｜今どこまでわかっていますか？
Both research and practice have shown again and again that the effectiveness of catalytic processes is heavily dependent on many different factors at the same time, like the pressure and the temperature of the process. But they also depend on the catalyst’s structure itself.
気圧や温度となどさまざまな要因が、触媒の効果に影響していることが、研究でも実践の現場でも明らかになってきています。それに、触媒の構造も影響しているんですよ。
── Let’s break that down – can you tell me more about what a catalyst is, its shape, its size, material…?｜基本的なところですが、触媒はどんな形でどのくらいの大きさで、どんな物質で構成されているのですか？
Catalysts usually consist of nanoparticles – particles ONE HUNDRED THOUSAND times smaller than a human hair! When we make particles this small, the properties of the material change compared to the – let’s say – ‘normal’ human scale.
触媒は通常ナノ粒子でできていて、そのサイズは人の髪の毛の太さの10万分の1。このサイズまで小さくなると、物質の性質は変化します。
── Can you give us some specific examples?｜具体例を教えてください。
For instance, noble metals like gold and platinum are both popular choices to make jewelry from because they don’t rust, oxidize, or react with anything, really. However, nanoparticles of gold and platinum are VERY active catalysts in a number of important processes. For example, during the Tokyo 2021 Olympics athletes were transported in buses running on hydrogen. This hydrogen is converted into energy used to power the bus by platinum nanoparticles. So taking a material to the nanoscale changes its properties.
例えば貴金属の代表格でもある金やプラチナは、錆びない、酸化しない、つまり周りのものと全然反応しません。でも、金やプラチナのナノ粒子は、触媒としての活性はとても高い。例えば、東京オリンピックで選手たちの輸送にも使われていた水素燃料電池で走るバスは、水素をエネルギーに変換する触媒としてプラチナのナノ粒子が使われています。物質をナノレベルにすると、物質の性質が変わるのです。
The color of gold changes when the material is brought to the nanoscale.
金のナノ粒子；青は立方体で直径60nm、紫は球体で直径50nm
金のナノ粒子は、サイズによって色が変わります
── I am assuming that researchers are interested in finding those new properties.｜研究者たちはその新しい性質を探そうとしているのですね。
That’s right. We as catalyst researchers are interested in these new properties, and how they can help us make those products that we want to make. To find out about these properties, we have to be able to study the nanoparticles in great detail, but of course, with them being so small, that’s not so easy! We can’t simply put them under a microscope – they’re too small for us to be able to see.
そうなんです。私たち触媒研究者は、ナノスケールの物質の性質や、それらを実社会にどう応用できるかに関心を抱いていて、詳しく研究したい…。でも、顕微鏡でも見られないくらい対象が小さすぎて、なかなか難しいのです。
── How do you study these catalyst nanoparticles then?｜どうやって調べているのですか？）
We study these catalysts using light. All matter interacts with light in its own characteristic way. We can measure this interaction and this can give us specific information on the nanoparticle’s properties. For example, maybe you’ve seen images from infrared cameras, that detect heat? Similarly, we can also measure the infrared signal from molecules. This signal can tell us about how these molecules are vibrating.
そこで光を使うんです。物質が「光と相互作用する」性質を利用して、ナノ粒子固有の情報を得ています。例えば、赤外線カメラで熱を感知できるように、物質の赤外線信号を測ると、物質の「振動」が分かります。
(Adapted from ACS Catal. 2019, 9, 12, 10794–10802.)
プラチナのナノ粒子の振動を、赤外線信号で測ります（イメージ）
── So, how can detecting the vibration of a molecule help you analyze catalysts?｜物質の振動が触媒の解析にどう関わってくるのか、疑問に思うのですけれども…。
Well, every molecule has its own unique vibration, which is almost like a human fingerprint. With that, we can identify which molecule is present using infrared light. So if we study a catalyst in action, while it’s converting molecules, we can detect which molecules it’s making, and more importantly, HOW it’s making or building these molecules.
指紋で人を特定できるように、どんな物質も特有の振動を持っていて、振動から物質を特定できます。反応中の触媒を調べると、どんな分子が作られているのか、どうやって作られているのかがわかるんですよ。
── What do you use that information for?｜その情報をどう活用するかが気になります。
This information we can then use to make better catalysts, or design catalysts for new processes. That way, hopefully, we can create new, sustainable ways to produce products, and make existing processes more environmentally friendly.
よりよい触媒を生み出したり、新しい反応を可能にする触媒をデザインするのに活用します。ものづくりに持続可能で環境に配慮した新しいやり方を提案できれば、と思っています。
今後も、この可能性を秘めた触媒の研究分野に注目していきたいです。カティンカさんありがとうございました。
和訳文の内容確認に際して、理学研究科博士課程１年の白井そらさんにご協力いただきました。
◯関連リンク
・Laboratory of Inorganic Chemistry | 無機化学研究室
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