【テクノロジー解説】化学反応は「表面」で起こる:車の排ガスをきれいにする白金、空気から肥料をつくる鉄、鉄のさび、燃料電池、オゾン層の破壊まで。原子1層のふるまいを、超高真空で調べた(2007年ノーベル化学賞)

プレ男車のマフラーの「触媒」、前に触媒の記事で出てきたね。どういうしくみなの?

メル美金属の「表面」で反応が起きてるんだって。

こんにちは、Dr. Taro です。 「テクノロジー解説」、今回は表面の化学です。2007年のノーベル化学賞の発表をもとにまとめました。

身近な「表面の化学」

表面の化学は、化学工業にとって大切で、いろいろな現象を理解するのに役立ちます。

• 鉄がさびる理由
• 燃料電池が動くしくみ
• 車の触媒の働き
• 化学肥料づくり(触媒の表面での反応)
• オゾン層の破壊:大切な反応のステップは、成層圏の小さな氷の結晶の表面で起こっています
• 半導体の産業も、表面の化学の知識に支えられています

原子1層のふるまいを見る

• 現代の表面の化学は、1960年代、半導体産業で開発された技術をきっかけに生まれました
• ゲルハルト・エルトル博士は、その可能性にいち早く気づいた一人です。いろいろな実験方法を組みあわせて、表面の反応の全体像を描く方法を、一歩ずつつくりあげました
• たとえば、とても清潔な金属の表面で、原子や分子の1層がどうふるまうかを調べます。そのため、超高真空の装置が必要です。どの元素を入れるかを正確に決めなければならず、よごれがあると測定がすべてだめになってしまいます
• 博士の方法は、大学の研究にも、工場での化学プロセスの開発にも使われています

プレ男原子1層だけを見るために、ほこりひとつない空間をつくるのか!

空気から肥料をつくる鉄の表面

• エルトル博士は、ハーバー・ボッシュ法を研究しました。空気中の窒素をとりこんで化学肥料の原料にする反応で、鉄の表面を触媒にしています
• 植物が育つのに使える窒素は限られていることが多いので、この反応は経済的にとても大きな意味をもっています

車の排ガスをきれいにする白金の表面

• 博士は、白金の上で一酸化炭素が酸化される反応も研究しました
• これは、車の触媒の中で、排ガスをきれいにするために起きている反応です

鉄のさび、燃料電池、車の触媒、肥料づくり、オゾン層の破壊。これらはすべて物の表面で起こる化学です。エルトル博士は、原子1層のふるまいを超高真空で調べる方法で、その土台をつくりました。

化学のつながり

• 金属でも酵素でもない触媒:触媒は「金属」と「酵素」だけじゃなかった
• 氷の表面で進むオゾン層の破壊:オゾン層とフロン
• 車の電動化:EV

プレ男畑の肥料も、車のマフラーも、表面の化学のおかげなんだね。

メル美「表面」って地味だけど、大事なんだね。

まとめ

• さび、燃料電池、車の触媒、肥料づくり、オゾン層の破壊は、どれも表面の化学
• 1960年代、半導体産業の技術から現代の表面の化学が生まれた
• エルトル博士は、超高真空で原子1層のふるまいを調べる方法を確立
• 鉄の表面で空気中の窒素から肥料の原料(ハーバー・ボッシュ法)
• 白金の表面で一酸化炭素を酸化し、排ガスをきれいに(2007年ノーベル化学賞)

参考文献

1. The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2007. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2007/press-release/ (閲覧日:2026年10月10日)

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