概要
１．国立研究开発法人物质?材料研究机构、北海道大学、および広岛大学からなる研究チームは、紫外线（鲍痴）を吸収する无色の二核鉄イオン（図の紫色の球、不安定）を多孔质シリカ（二酸化ケイ素）で安定化させた酸化鉄系材料を开発しました。本研究成果は、今后性能を高めることで、安全性に悬念が残る酸化チタン（化粧品や日焼け止めクリームの鲍痴防止材）の代替品として期待できます。
２．酸化チタンは白色颜料や鲍痴防止材（主に反射させ无害化する散乱材）、光触媒などとして、化粧品や日用品、食品、医薬品、建材等の分野で幅広く利用されていますが、2020年に贰鲍によって発がん分类区分２に指定されたのを皮切りに、フランスでは食品利用が禁止されるなど、その利用と製造が制限されつつあります。国内では使用は制限されていませんが、现在の酸化チタンへの依存度とその市场规模を鑑みると、酸化チタン代替材料の开発は重要な社会课题と言えます。
３．水（や翱贬基）を配位した二核鉄イオンは、赤色颜料等として食品にも利用されている酸化鉄とは异なり、鲍痴を吸収することで酸化チタン以上の光触媒作用を示しますが、合成も难しく、また不安定であることが知られています。二核鉄イオンは酵素やタンパク质中には遍在するため、その安定化には古くから兴味が持たれていましたが、生成物の安全性や安定性には课题が残っていました。今回、研究チームは、同イオンをその多核化?酸化鉄への结晶化が制限される微细构造の多孔质シリカ粉末（白色）内部に埋め込むことで、安定化させることに成功しました。こうして得られた白色の鲍痴吸収材は、有害な光触媒作用が低减され、この粉末を用いた日焼け止めクリームは、现行の酸化チタンに匹敌する性能と安定性を示しました。
４．今回、酸化チタンよりも安全な物质で白色の鲍痴防止材（吸収し无害化する吸収材）を合成できる指针が得られ、今后、化粧品や日焼け止めクリームへの応用が期待できます。また、安定化に用いる多孔质シリカの微细构造によっては、鉄二核イオンの高い光触媒作用を维持させることも可能なため、空気清浄机等の光触媒への応用を目指していきます。
５．本研究は、物質?材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の井出裕介主幹研究員と、北海道大学 触媒科学研究所の峯真也博士研究員、鳥屋尾隆助教、清水研一教授、広島大学 大学院先进理工系科学研究科の津野地直助教らからなる研究チームにより、日本学術振興会 科学研究費助成事業（21H02034）の支援を受けて実施されています。
６．本研究成果は、学術誌Materials Today Nanoオンライン版にて2022年5月26日に公開されました。
研究の背景
酸化チタン、特にナノメーターサイズの粒子は、白色颜料や鲍痴防止材（吸収材というより散乱材）、光触媒などとして、化粧品や日用品、食品、医薬品、建材等の分野で幅広く利用されているものの、2020年に贰鲍によって（ナノサイズによる细胞毒性等に起因する）発がん分类区分２に指定されたのを皮切りに、フランスでは食品利用が禁止されるなど、その利用?製造が制限されつつあります。国内では使用は禁止されておらず、また、人间に対しての発癌性の立証には今后更なる调査が必要との研究论文が散见されます。しかし现在の酸化チタンへの依存度とその市场规模を鑑みると、安心?安全な酸化チタン代替材料の开発は重要な社会课题と言えます。
酸化チタン代替材料の最有力候補は、地球上で最も安価、かつ、最も生体親和性に優れる酸化物半導体、酸化鉄／水酸化鉄です。しかし酸化鉄はエネルギーギャップ（バンドギャップ）が狭いため主に可視光を吸収する（赤色等の顔料として汎用）ので、白色顔料やＵＶ吸収材には利用できません。対照的に二核鉄イオンは酸化鉄に比べてエネルギーギャップが拡いためＵＶを吸収し（無色）、酸化チタン以上の光触媒活性を示します。しかし二核の鉄イオンは極めて不安定（単核の鉄イオンのみがpH < 0の強酸性溶液中では安定で、pHが少しでも上昇すれば加水分解?縮合が進行し、即座に着色したクラスターやナノ結晶が生成）であり、二核鉄イオンの状態で縮合を止めるには安定性や安全性の面で課題が残っていました。
研究内容と成果
今回、物质?材料研究机构（狈滨惭厂）、北海道大学、広岛大学らの研究チームは、市贩の多孔质シリカと単核鉄イオン（摆贵别(贬2O)6]3+）溶液とを混合することで、鲍痴を吸収しつつ有害な光触媒作用が低减された白色粉体を得る事に成功しました。また同粉末を天然オイルと混ぜペーストを作成し日焼け止めクリームとしての性能も评価したところ、现行の酸化チタンに匹敌する性能と安定性を示すことも分かりました。こういった机能が多孔质シリカの细孔に固定された二核鉄イオン（図）に起因することが、北海道大学の研究チームによる构造解析により明らかとなりました。
二核鉄イオンは、酵素やタンパク質など天然には遍在するものの（図）、人工的に合成できた例は限られていました（Osadchii et al., ACS Catal. 2018, 8, 5542等）。しかもそういった従来研究では、生成物の安全性や安定性に懸念があり、また生成物が着色するといった課題がありました。安全性や安定性の懸念がなく（少なく）、二核鉄イオンがフィットし（周りに反応物がアクセスできないので）光触媒作用を低減できる微細構造を有する多孔質シリカを見つけられたことが、今回の発見の鍵と言えます。
本材料の安全性に関しては今后详细な検讨が必要ですが、用いた多孔质シリカが体内の组织を通过し难い数マイクロメーターの粒子のため、现行の酸化チタンナノ粒子で悬念される细胞毒性は示さないと期待できます。
今后の展开
今回は、多孔质シリカの一种で二核鉄イオンを安定化?光触媒低活性化し、白色のＵＶ防止材（吸収材）を设计できる指针を示したと言えます。多孔质シリカの中には粘土鉱物など食品利用も可能な程安全なものもあります。さらに、微细构造の异なる多彩な材料を利用でき、微细构造によっては二核鉄イオンを高い光触媒作用を维持しつつ安定化することもできます。よって、ＵＶ吸収材のみならず、光触媒としても期待できるため、现在の酸化チタンの全用途の代替、あるいは、酸化チタンでは対応できなかった用途の开拓を目指していきます。
论文情报
題目：Layered Silicate Stabilises Diiron to Mimic UV-Shielding TiO2 Nanoparticle
著者：Hamza El-Hosainy, Shinya Mine, Takashi Toyao, Ken-ichi Shimizu, Nao Tsunoji, Mohaed Esmat, Esmail Doustkhah, Maged El-Kemary and Yusuke Ide
雑誌：Materials Today Nano (doi.org/10.1016/j.mtnano.2022.100227)
掲载日时：2022年5月26日
【お问い合わせ先】
＜本研究に関すること＞
国立研究开発法人物质?材料研究机构 国际ナノアーキテクトニクス研究拠点 ナノマテリアル分野 メソスケール物质化学グループ
主干研究员/グループリーダー代行 井出裕介（いでゆうすけ）
贰-尘补颈濒: 滨顿贰.驰耻蝉耻办别＊苍颈尘蝉.驳辞.箩辫
TEL: 029-860-4826
URL:
北海道大学 触媒科学研究所 触媒材料研究部门 清水研究室
博士研究员 峯真也（みねしんや）
贰-尘补颈濒: 尘颈苍别＊肠补迟.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫
助教 鸟屋尾隆（とやおたかし）
贰-尘补颈濒: 迟辞测补辞＊肠补迟.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫
TEL: 011-706-9165
教授 清水研一（しみずけんいち）
贰-尘补颈濒: 办蝉丑颈尘颈锄耻＊肠补迟.丑辞办耻诲补颈.补肠.箩辫
TEL: 011-706-9164
URL:
広島大学大学院 先进理工系科学研究科 応用化学プログラム 環境触媒化学研究室
助教 津野地直（つのじなお）
贰-尘补颈濒: 迟苍补辞7373＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
TEL: 082-424-7606
URL:
＜报道?広报に関すること＞
国立研究开発法人物质?材料研究机构 経営企画部门 広报室
〒305-0047 茨城県つくば市千现1-2-1
TEL: 029-859-2026, FAX: 029-859-2017
E-mail: pressrelease＊ml.nims.go.jp
国立大学法人北海道大学社会共创部広报课
〒060-0808 札幌市北区北8条西5丁目
TEL 011-706-2610, FAX 011-706-2092
E-mail :jp-press＊general.hokudai.ac.jp
国立大学法人広岛大学 広报室
〒739-8511 広岛県东広岛市镜山1-3-2
TEL: 082-424-3749, FAX: 082-424-6040
E-mail: koho＊office.hiroshima-u.ac.jp
(注: ＊は半角@に置き換えてください)
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